Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería

Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Civil
DISEÑO DE: PUENTE DE MEDIANA LONGITUD UTILIZANDO
LAS NORMAS DE LA ASOCIACIÓN GUATEMALTECA DE
INGENIERÍA ESTRUCTURAL Y SÍSMICA
Daniel Alfredo Cruz Pineda
Asesorado por el Ing. Diego Castellanos
Guatemala, noviembre de 2008
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DISEÑO DE: PUENTE DE MEDIANA LONGITUD UTILIZANDO
LAS NORMAS DE LA ASOCIACIÓN GUATEMALTECA DE
INGENIERÍA ESTRUCTURAL Y SÍSMICA
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERÍA POR
DANIEL ALFREDO CRUZ PINEDA
ASESORADO POR EL ING. DIEGO CASTELLANOS
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, NOVIEMBRE DE 2008
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO
Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL I
Inga. Glenda Patricia García Soria
VOCAL II
Inga. Alba Maritza Guerrero Spínola de López
VOCAL III
Ing. Miguel Ángel Dávila Calderón
VOCAL IV
Br. Jose Milton de León Bran
VOCAL V
Br. Isaac Sultán Mejía
SECRETARIA
Inga. Marcia Ivónne Véliz Vargas
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO
Ing. Murphy Olympo Paíz Recinos
EXAMINADOR
Ing. Armando Fuentes Roca
EXAMINADOR
Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
EXAMINADOR
Ing. Alejandro Castañón López
SECRETARIA
Inga. Marcia Ivónne Véliz Vargas
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San Carlos
de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de graduación titulado:
DISEÑO DE: PUENTE DE MEDIANA LONGITUD UTILIZANDO
LAS NORMAS DE LA ASOCIACIÓN GUATEMALTECA DE
INGENIERÍA ESTRUCTURAL Y SÍSMICA,
tema que me fuera asignado por la Dirección de la Escuela de Ingeniería Civil, el 22
de abril de 2008.
Daniel Alfredo Cruz Pineda
AGRADECIMIENTOS A:
DIOS
Por las bendiciones derramas sobre mí
a lo largo de estos años.
MI FAMILIA
Por su apoyo incondicional.
A MI ASESOR
Ing. Diego Castellanos, por su valiosa
colaboración en la elaboración del
presente trabajo de graduación.
ACTO QUE DEDICO A:
Leticia Pineda, por ser pilar fundamental
Mi madre
Mi padre
de mi vida, madre y amiga.
Alfredo Cruz, por mostrarme que con
esfuerzo las metas no son imposibles.
Mi hermana
Lilian Susana, por su apoyo y aprecio.
Mis abuelos
Por sus sabios consejos.
Lupe, Sheny, Juana, Rosa y Nana. Por su
Mis tías
cariño y amor mostrado a lo largo de mi
vida.
Mis primos
Mis amigos
Por su compañía, durante mi niñez.
Lucia, Javier, Karina, Elder y Pao, por
acompañarme a lo largo de estos años.
Ingeniero Hugo Nájera y Anibal Choc, por
Mis compañeros de trabajo
la confianza y el apoyo brindado durante
estos meses.
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
IX
GLOSARIO
XI
RESUMEN
XV
OBJETIVOS
XVII
INTRODUCCIÓN
XIX
1. HISTORIA Y EVOLUCIÓN
1
1.1 Historia
1
1.1.1 Inicios
1
1.1.2 Elementos
2
1.1.2.1 Infraestructura
1.1.2.1.1 Juntas de dilatación
3
1.1.2.1.2 Sistema de drenajes
3
1.1.2.1.3 Parapetos
3
1.1.2.1.4 Señalizaciones
3
1.1.2.2 Subestructura
4
1.1.2.2.1 Pilas y estribos
4
1.1.2.2.2 Pilotes
4
1.1.2.2.3 Zapatas
4
1.1.2.3 Superestructura
5
1.1.2.3.1 Sistemas portantes de viga
5
1.1.2.3.2 Diafragmas
5
1.1.2.3.3 Losas
5
1.1.3 Primeros puentes.
5
I 3
1.2 Evolución
7
1.2.1 Materiales.
8
1.2.2
10
Procedimientos constructivos
2. TIPOS DE PUENTES
13
2.1 Tipología
14
2.1.1 Atirantados.
14
2.1.1.1 Cantiléver
16
2.1.1.2 Colgantes
17
2.1.1.3 Estructura metálica
20
2.1.1.4 Vigas
22
2.2 Materiales
23
2.2.1 Concreto
2.2.1.1
24
Pre-tensado
2.2.2 Acero
27
2.2.3 Madera
30
2.3 Por su uso
32
2.3.1 Vehicular
32
2.3.2 Peatonal
32
2.3.3 Artesanal
32
II 25
3. METODOLOGÍA DE DISEÑO SEGÚN AGIES Y ASSTHO
3.1 Criterios y lineamientos AGIES.
3.1.1 Diseño de la superestructura
3.1.1.1
33
33
33
Diseño de la losa
33
3.1.1.1.1 Carga muerta
33
3.1.1.1.2 Espesor de losa.
33
3.1.1.2
Cálculo de momentos
33
3.1.1.2.1 Momento debido a carga muerta
33
3.1.1.2.2 Momento producido por carga viva
33
3.1.1.2.3 Momento producido por carga de impacto
34
3.1.1.3
Cálculo del acero de refuerzo
34
3.1.1.4
Diseño de vigas y diafragmas
34
3.1.1.4.1 Cálculo del momentos debido a sobre carga,
fracción de carga, carga por eje, carga muerta
y carga de impacto
3.1.1.4.2 Cálculo del momento total
35
3.1.1.4.3 Cálculo del acero de refuerzo
35
3.1.2 Diseño de la subestructura
35
3.1.3 Diseño de estribo
35
3.2 Criterios y lineamientos ASSTHO
3.2.1 Diseño de la superestructura.
3.2.1.1
Diseño de la losa.
3.2.1.1.1 Espesor de losa
3.2.1.2
Cálculo de momentos
36
36
36
36
36
3.2.1.2.1 Momento debido a carga muerta
36
3.2.1.2.2 Momento producido por carga viva
37
3.2.1.2.3 Momento producido por carga de impacto
37
3.2.1.3
Cálculo del acero de refuerzo
3.2.1.3.1 Cálculo de refuerzo transversal
III 35
38
cama inferior
38
3.2.1.3.2 Cálculo de refuerzo longitudinal cama
superior e inferior.
38
3.2.1.3.3 Cálculo de refuerzo transversal
cama superior.
3.2.1.4
Diseño de vigas.
39
3.2.1.4.1 Cálculo del momento por sobre carga.
39
3.2.1.4.2 Fracción de carga (Fq).
39
3.2.1.4.3 Carga por eje.
40
3.2.1.4.4 Cálculo del momento por carga muerta.
40
3.2.1.4.5 Cálculo del porcentaje de impacto.
40
3.2.1.4.6 Cálculo del momento total.
41
3.2.1.4.7 Cálculo del acero de refuerzo.
41
3.2.1.4.8 Refuerzo adicional.
41
3.2.1.4.9 Diseño a corte
41
3.2.1.4.9.1
Esfuerzo cortante por carga muerta
41
3.2.1.4.10 Esfuerzo cortante último
42
3.2.1.4.11 Cálculo de refuerzo a corte
42
3.2.2 Diseño de diafragmas
42
3.2.3 Diseño de la subestructura
43
3.2.3.1
Diseño de la cortina
43
3.2.3.1.1 Cálculo de fuerza longitudinal (LF)
43
3.2.3.1.2 Cálculo de sismo
44
3.2.3.1.3 Cálculo de la presión del suelo
44
3.2.3.1.4 Cálculo del momento de diseño.
44
3.2.3.1.5 Área de refuerzo
45
3.2.4 Diseño de estribo
45
3.2.4.1
Revisión del muro sin superestructura
3.2.4.2
Revisión del muro con superestructura
IV 39
45
y carga viva
46
4. EJEMPLO REPRESENTATIVO
47
4.1 Diseño de puente vehicular.
47
4.1.1 Consideraciones generales
47
4.1.1.1
Descripción del proyecto
47
4.1.1.2
Especificaciones de diseño
48
4.1.2 Estudios topográficos
49
4.1.3 Estudios hidráulicos
49
4.1.4 Suelos
49
4.1.5 Diseño de la estructura
50
4.1.5.1
Consideraciones de diseño
4.1.6 Diseño de la superestructura
4.1.6.1
Diseño de la losa
4.1.6.1.1 Espesor de losa
4.1.6.2
Cálculo de momentos
50
50
50
51
51
4.1.6.2.1 Momento debido a carga muerta
52
4.1.6.2.2 Momento producido por carga viva
53
4.1.6.2.3 Momento producido por carga de impacto
54
4.1.6.3
Cálculo del acero de refuerzo
55
4.1.6.3.1 Cálculo de refuerzo transversal
cama inferior
57
4.1.6.3.2 Cálculo de refuerzo longitudinal cama
superior e inferior
57
4.1.6.3.3 Cálculo de refuerzo transversal
cama superior
4.1.6.4
Diseño de vigas
58
4.1.6.4.1 Cálculo del momento por sobre carga
58
4.1.6.4.2 Fracción de carga (Fq)
59
V 57
4.1.6.4.3 Carga por eje
59
4.1.6.4.4 Cálculo del momento por carga muerta
62
4.1.6.4.5 Cálculo del porcentaje de impacto
63
4.1.6.4.6 Cálculo del momento total
63
4.1.6.4.7 Cálculo del acero de refuerzo
63
4.1.6.4.8 Refuerzo adicional
64
4.1.6.4.9 Diseño a corte
64
4.1.6.4.9.1
Esfuerzo cortante por carga muerta
64
4.1.6.4.9.2
Esfuerzo cortante por sobrecarga
65
4.1.6.4.10 Esfuerzo cortante último
66
4.1.6.4.11 Cálculo de refuerzo a corte
66
4.1.7 Diseño de diafragmas
67
4.1.8 Diseño de la subestructura
68
4.1.8.1
Diseño de la cortina
4.1.8.1.1 Cálculo de fuerza longitudinal (LF)
68
4.1.8.1.2 Cálculo de sismo
69
4.1.8.1.3 Cálculo de la presión del suelo
70
4.1.8.1.4 Cálculo del momento de diseño
70
4.1.8.1.5 Área de refuerzo
70
4.1.8.2
Diseño de la viga de apoyo
71
4.1.8.2.1 Chequeo por aplastamiento
71
4.1.8.2.2 Cálculo de refuerzo longitudinal
72
4.1.9 Diseño de estribo
72
4.1.9.1
Cálculo del momento de volteo
73
4.1.9.2
Cálculo del momento estabilizante
74
4.1.9.3
Revisión del muro sin superestructura
75
4.1.9.4
Revisión del muro con superestructura
y carga viva
76
VI 68
CONCLUSIONES
79
RECOMENDACIONES
81
BIBLIOGRAFÍA
83
APÉNDICE
85
VII VIII ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1 Puente atirantado.
15
2 Puente cantiléver.
17
3 Puente colgante.
20
4 Puente de estructura metálica
21
5 Puente de vigas
23
6 Puente de Madera
32
7 Esquema de cargas camión T3-S3
38
8 Diagrama de momentos
52
9 Distribución de cargas por ejes del camión T3-S3
54
10 Diagramas de distribución de sobrecarga.
59
11 Distribución de fuerzas por eje.
60
12 Diagrama de distribución de fuerzas criticas.
60
13 Diagrama de distribución debido a carga viva.
61
14 Diagrama de cortante máximo.
62
15 Diagrama de distribución debido a sobrecarga.
65
16 Esquema de cortina.
69
17 Diagrama de presiones.
73
18 Elevación y detalle de estribo.
86
19 Armado de losa.
87
20 Detalle de vigas y diafragmas.
88
IX TABLAS
I Momento de Volteo.
74
II Momento estabilizante
74
X GLOSARIO
Acceso
Entrada o paso al puente
Acero
Aleación de hierro y carbono conteniendo menos de un
1,7 % de carbono, susceptible de adquirir propiedades muy
variadas mediante tratamiento mecánico y térmico.
Anclaje
Enlace de las partes de una construcción mediante
elementos metálicos (tirantes, pernos, anclas, etc.) que
aseguran la inmovilidad del conjunto.
Arco
Construcción curvilínea que cubre el vano de un muro o la
luz entre los pilares...
Carga
Fuerzas aplicadas directamente sobre las estructuras y que
son la causa de sus posibles movimientos y deformaciones.
Cemento
Conjunto de sustancias pulverulentas capaces de formar
con
el
agua
pastas
blandas
que
se
endurecen
espontáneamente al contacto del aire o del agua, y sirven
para formar bloques o para unir los elementos de la
construcción.
XI Cimiento
Elementos de los puentes formados por las rocas, enormes
masas de concreto armado (zapatas), terreno o pilotes que
soportan el peso de estribos y pilas. Éstos transmiten las
tensiones a los cimientos que a su vez las disipan en el
terreno circundante.
Columna
Pieza arquitectónica, generalmente cilíndrica, de mucha
mayor altura que diámetro, que sirve para sostén y apoyo o
sólo para adorno.
Concreto armado Estructura mixta constituida por concreto ordinario y una
serie de barras de hierro tales que hacen a la estructura
resistente también a la tensión. Las barras de hierro
(armadura) se disponen oportunamente en las zonas del
concreto sometidas a esfuerzos de tensión.
Concreto
Pretensado
En este tipo de concreto se modifica el estado de tensión de
la estructura imponiendo a priori un estado de deformación
independiente de las cargas externas que gravitarán sobre
esa estructura puesta en obra. Mientras que el concreto
armado normal puede considerarse constituido de dos
partes: el concreto, que resiste bien a la compresión, y la
armadura, que resiste a la tensión, el concreto pretensado
constituye una estructura homogénea que resiste bien
ambas acciones.
Diafragma
Chapa de refuerzo transversal para aumentar la rigidez de
los largueros. Mantienen la alineación de los largueros
XII durante la construcción y tienden a equilibrar la distribución
transversal de las cargas entre los mismos.
Estribos
Apoyos del puente situados en los extremos y sostienen los
terraplenes que conducen a él.
Fatiga
Esfuerzo que soporta, por unidad de sección, un cuerpo
sometido a fuerzas externas. Disminución de resistencia de
un material sometido a la acción de tensiones variables.
Infraestructura
Conjunto de un puente formado por los cimientos, los
estribos y las pilas que soportan los tramos.
Junta
Separación entre dos elementos contiguos. Las juntas
deben ser capaces de absorber las dilataciones de las
superficies que separan para evitar deformaciones y
esfuerzos en la estructura.
Luz
Distancia horizontal entre los apoyos de un arco o entre pilas
contiguos de un puente.
Pilote
Estaca que penetra hasta alcanzar estratos más resistentes
para consolidar los cimientos en obras hidráulicas o terrenos
muy débiles, trasladando las cargas (del puente) a terrenos
más profundos.
Superestructura
Conjunto de los tramos que salvan los vanos situados entre
los soportes de un puente.
XIII Viga
Elemento de construcción de material diverso (madera,
hierro, concreto) que se usa para formar techos y sostener
construcciones.
Zapata
Estructura de concreto armado sobre la que se apoya el pilar
y cuya función es la de distribuir la elevada carga del pilar
sobre una superficie que sea lo más amplia posible.
XIV RESUMEN
A continuación se presenta el diseño de un puente para uso vehicular,
implementando las normas de la Asociación Guatemalteca de Ingeniería
Estructural y Sísmica (AGIES), esto debido a que toda estructura, se debe regir a
los códigos de sismo resistencia vigente.
El presente proyecto consiste en diseñar un puente vehicular de concreto
reforzado, de una vía, capaz de soportar cargas de vehículo AASHTO H15-44,
con una luz entre apoyos de 25m y un ancho total de 4.70m, estribos de concreto
ciclópeo, vigas de apoyo, diafragmas y cortinas de concreto reforzado.
Después de evaluar las diferentes clases de estructuras que se pueden
utilizar, se seleccionó una de concreto reforzado fundida In-Situ (en el lugar),
debido a que con estos se pueden cubrir luces de hasta 25 metros sin apoyo
central, no necesita equipo especial para su construcción.
XV XVI OBJETIVOS
General:
Obtener una metodología que tome en cuenta las consideraciones de
análisis y diseño estructural propuestas por La AGIES en sus normas.
Específicos:
•
Conocer a grandes rasgos la historia y posterior evolución de los puentes.
•
Clasificar los puentes según los lineamientos de los códigos tanto en el ámbito
nacional así como internacional.
•
Establecer una metodología que permita analizar los puentes para
vehicular según las normas AGIES.
•
Recopilar las recomendaciones más importantes de los códigos de diseño.
•
Implementar los criterios y lineamientos en un problema representativo.
XVII uso
XVIII INTRODUCCIÓN
A lo largo de la historia el ser humano se ha encontrado con obstáculos en su
camino pero ha podido encontrar las maneras para poder sortear estos obstáculos; una
de esas maneras es el uso de estructuras llamadas puentes, un puente no es más que
una construcción de piedra, ladrillo, madera, hierro o concreto, que se construye y forma
sobre los ríos, fosas u otros sitios, para poder pasarlos. Este instrumento de ingeniería
ha ido evolucionando desde ser una herramienta de uso común hasta ser una obra civil
de gran importancia en las grandes metrópolis. Es por la gran importancia que este ha
recibido que se ha hecho necesario configurarlos y construirlos más seguros, a tal punto
que se han desarrollado lineamientos para su diseño con carácter antisísmico, es decir
son concebidos para poder soportar movimientos telúricos. En
Guatemala por su
ubicación geográfica es un país que es propenso a sufrir esta clase de movimientos, a
raíz de esto se creó la Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica
(AGIES). Que integra a profesionales en el ámbito de la Ingeniería Civil, Geología y
demás ciencias. Estos profesionales desarrollaron normas que rigen el diseño de
estructuras con carácter antisísmico. La estructura propuesta es un puente de mediana
longitud para el uso de paso vehicular, esta estructura será analizada utilizando las
cargas de diseño sísmicas sugeridas por estas normas AGIES, al igual se emplearán los
criterios que estas normas sugieran.
XIX XX 1. HISTORIA Y EVOLUCIÓN
1.1.
Historia
1.1.1. Inicios
El arte de construir puentes tiene su origen en la misma prehistoria. Puede
decirse que nace cuando un buen día se le ocurrió al hombre prehistórico derribar
un árbol en forma que, al caer, enlazara las dos riberas de una corriente sobre la
que deseaba establecer un vado. La genial ocurrencia le eximía de esperar a que
la caída casual de un árbol le proporcionara un puente fortuito. También utilizó el
hombre primitivo losas de piedra para salvar las corrientes de pequeña anchura
cuando no había árboles a mano. En cuanto a la ciencia de erigir puentes, no se
remonta más allá de un siglo y nace precisamente al establecerse los principios
que permitían conformar cada componente a las fatigas a que le sometieran las
cargas.
El arte de construir puentes no experimentó cambios sustanciales durante
más de 2000 años. La piedra y la madera eran utilizadas en tiempos
napoleónicos de manera similar a como lo fueron en época de Julio Cesar e
incluso mucho tiempo antes. Hasta finales del siglo XVIII no se pudo obtener
hierro colado y forjado a precios que hicieran de él un material estructural
asequible y hubo que esperar casi otro siglo a que pudiera emplearse el acero en
condiciones económicas.
Igual que ocurre en la mayoría de los casos, la construcción de puentes ha
evolucionado paralelamente a la necesidad que de ellos se sentía. Recibió su
1 primer gran impulso en los tiempos en que Roma dominaba la mayor parte del
mundo conocido. A medida que sus legiones conquistaban nuevos países, iban
levantando en su camino puentes de madera más o menos permanentes; cuando
construyeron sus calzadas pavimentadas, alzaron puentes de piedra labrada. La
red de comunicaciones del Imperio Romano llegó a sumar 90000 km de
excelentes carreteras.
1.1.2. Elementos
Los puentes se dividen en dos partes principales: la superestructura, o
conjunto de los tramos que salvan los vanos situados entre los soportes, y la
infraestructura, formada por los cimientos, los estribos y las pilas que soportan
los tramos. Los estribos van situados en los extremos del puente y sostienen los
terraplenes que conducen a él; a veces son remplazados por pilares hincados
que permiten el desplazamiento del suelo en su derredor. Las pilas son los
apoyos intermedios de los puentes de dos o más tramos; los cimientos están
formados por las rocas, terreno o pilotes que soportan el peso de estribos y pilas.
Los tramos más cortos que conducen al puente propiamente dicho se llaman de
acceso y en realidad forman parte de la fábrica.
El tablero está compuesto por un piso de planchas, vigas longitudinales o
largueros sobre los que se apoya el piso y vigas transversales que soportan a los
largueros. En muchos puentes los largueros descansan directamente en las
pilas, o en los estribos. Otros modelos carecen de tales miembros y sólo las vigas
transversales, muy unidas, soportan al tablero. En una tercera clase de puentes
el piso descansa sobre el armazón sin utilizar ni vigas ni largueros.
2 1.1.2.1.
Infraestructura
La infraestructura de un puente consta de elementos que permiten el
funcionamiento óptimo de la estructura en términos de manejo, siendo los
elementos que compones la infraestructura de un puente:
1.1.2.1.1. Juntas de dilatación.
Las juntas de dilatación no son más que la separación entre dos
elementos contiguos. Las juntas deben ser capaces de absorber las dilataciones
de las superficies que separan para evitar deformaciones y esfuerzos en la
estructura, se recomienda que las juntas se encuentres cercanas a los extremos
del puente.
1.1.2.1.2. Sistemas de drenaje.
Los sistemas de drenajes permiten la correcta evacuación de agua
mayormente proveniente de la lluvia, evitando así que se acumule en la carpeta,
haciendo esta un lugar peligroso para el tránsito vehicular.
1.1.2.1.3. Parapetos.
Los parapetos son paredes o barandas que, se utilizan para evitar caídas,
se coloca a los lados de un puente, siendo esta una medida de seguridad básica
en este tipo de estructuras.
1.1.2.1.4. Señalizaciones.
Las señales de tráfico tienen un carácter internacional y están concebidas
3 para transmitir información con un mínimo de palabras. La forma y el color de las
señales son indicativos de su contenido.
1.1.2.2.
Subestructura
La subestructura es lo que permite transmitir la carga hacia el suelo, carga
que es transmitida por la superestructura del puente, algunos elementos de la
subestructura son.
1.1.2.2.1. Pilas y estribos
Las pilas y estribos son los apoyos del puente situados en los extremos
además de ser los apoyos estos sostienen los terraplenes que conducen hacia el
puente.
1.1.2.2.2. Pilotes
Los pilotes son elementos que penetran hasta alcanzar estratos más
resistentes para consolidar los cimientos en obras hidráulicas o terrenos muy
débiles, trasladando las cargas (del puente) a terrenos más profundos.
1.1.2.2.3. Zapatas
Las zapatas permiten sostener la estructura de concreto armado sobre la
que se apoya el pilar y cuya función es la de distribuir la elevada carga del pilar
sobre una superficie que sea lo más amplia posible.
4 1.1.2.3.
Superestructura
El conjunto de los tramos que salvan los vanos situados entre los soportes
de un puente es conocido como superestructura, los componentes básicos de la
superestructura son:
1.1.2.3.1. Sistemas portantes o Vigas
La vigas son los elemento de construcción de material diverso
(madera,hierro, concreto) que se usa para formar marcos y sostener los tramos
del puente.
1.1.2.3.2. Diafragmas
Los diafragmas permiten aumentar la rigidez de los largueros. Mantienen
la alineación de los largueros durante la construcción y tienden a equilibrar la
distribución transversal de las cargas entre los mismos.
1.1.2.3.3. Losas
Este es básicamente el piso del puente. Soporta directamente las cargas
dinámicas (tráfico) y por medio de las armaduras transmite sus tensiones a
estribos y pilas, que, a su vez, las hacen llegar a los cimientos, donde se disipan
en la roca o terreno circundantes.
1.1.3. Primeros puentes
Es probable que los primeros puentes se realizaran colocando uno o más
troncos para cruzar un arroyo o atando cuerdas y cables en valles estrechos.
Este tipo de puentes todavía se utiliza. Los puentes de un tramo (llamamos tramo
5 a la distancia entre dos apoyos) son un desarrollo de estas formas elementales.
El método de colocar piedras para cruzar un río, mejorado con troncos situados
entre las piedras para comunicarlas, es el prototipo de puente de múltiples
tramos.
Los postes de madera clavados en el fondo del río para servir de apoyo de
troncos o vigas permitieron atravesar corrientes más anchas y caudalosas. Estos
puentes, llamados de caballete, se utilizan todavía para atravesar valles y ríos en
los que no interfieren con la navegación. El uso de pilas de piedra como apoyo
para los troncos o maderos fue otro avance importante en la construcción de
puentes con vigas de madera. La utilización de flotadores en lugar de apoyos fijos
creó el puente de pontones. Los puentes de vigas de madera han sido los más
utilizados desde la antigüedad, aunque según la tradición se construyó un puente
de arco de ladrillos hacia el 1800 a.C. en Babilonia. Otros tipos de construcción,
como los puentes colgantes y el cantiléver, se han utilizado en la India, China y
Tíbet. Los puentes de pontones los utilizaban los reyes persas Darío I y Jerjes I
en sus expediciones militares.
Los romanos construyeron muchos puentes de caballete con madera, uno
de los cuales se describe con detalle en la obra Comentarios sobre la guerra de
las Galias de Julio César. Sin embargo, los puentes romanos que se mantienen
en pie suelen sustentarse en uno o más arcos de piedra, como el puente de
Martorell cerca de Barcelona, en España, construido hacia el 219 a.C., y el Ponte
di Augusto en Rímini, Italia, del siglo I a.C. El Pont du Gard en Nimes, Francia,
tiene tres niveles de arquerías que elevan el puente a 48 m sobre el río Gard, con
una longitud de 261 m; es el ejemplo mejor conservado de gran puente romano y
fue construido en el siglo I a.C. La utilización de arcos de medio punto derivó más
tarde en la de arcos apuntados. Los arcos modernos suelen ser escarzanos o
con forma semielíptica, ya que permiten tramos más largos sin interrumpir la
navegabilidad y con altura moderada. El puente sobre el río Tweed (1803) en
6 Kelso, Escocia, ejemplo de puente de arco semielíptica, fue diseñado por el
ingeniero británico John Rennie.
Los puentes de vigas tienen limitada la longitud de los tramos por la
resistencia de las vigas. Esta limitación se supera ensamblando las vigas en
triángulos. Leonardo da Vinci esbozó puentes de este tipo, y el arquitecto italiano
Andrea Palladio probablemente construyó varios. En Suiza se construyeron dos
puentes de vigas trianguladas en 1760. Sin embargo, la construcción de este tipo
de puentes no se desarrolló a gran escala hasta después de 1840.
1.2.
Evolución
A lo largo de la Historia se han empleado cuatro materiales básicos para
construir puentes: la madera, la piedra, el hierro y el concreto. A estos cuatro hay
que añadir otros dos que se han empleado con menor frecuencia: el ladrillo,
hecho de arcilla cocida; y el aluminio, que se ha utilizado excepcionalmente para
construir puentes o partes de ellos. Actualmente se están utilizando también
materiales compuestos, formados por fibras de materiales muy resistentes
incluidos en una matriz de resina, pero todavía estamos lejos de que estos
materiales puedan competir en los puentes con los materiales actuales.
Los dos primeros, la madera y la piedra, se pueden considerar naturales
porque se obtienen directamente de la naturaleza y se utilizan sin ninguna
transformación, únicamente es necesario darles forma. Los otros dos, el hierro y
el concreto, son artificiales, porque las materias primas extraídas de la naturaleza
requieren transformaciones más o menos complejas que cambian sus
propiedades físicas.
7 1.2.1. Materiales
Los cuatro materiales básicos han dado lugar a variantes y elementos
compuestos que, extrapolando el significado de la palabra material, podemos
considerarlos nuevos materiales.
Los materiales han tenido y tienen una importancia decisiva en la
configuración de las estructuras y por tanto de los puentes. Por ello, la historia de
éstos se puede dividir en dos grandes períodos: el período de los puentes de
piedra y madera y el período de los puentes de hierro y concreto.
En el primer período se utilizaron los dos materiales que hemos
considerado naturales, la piedra y la madera. Se utilizó también el ladrillo, pero
los puentes de este material se pueden incluir como subgrupo de lo de la piedra;
el ladrillo, para el constructor de puentes, es un pequeño sillar con el que se
pueden hacer arcos de dovelas yuxtapuestas; por tanto la morfología de los
puentes de ladrillo es la misma que la de los puentes de piedra.
A finales del s. XIX apareció el concreto, piedra artificial, más
concretamente un conglomerado, que permitió hacer arcos mayores que los de
piedra natural. Este nuevo material dio lugar muy pronto a un nuevo sistema de
hacer estructuras: el concreto armado, una colaboración entre el hierro y el
concreto, que permite construir vigas de luces considerables y afinar las
dimensiones de los arcos, lo que no es posible con el concreto en masa ni con la
piedra. El concreto armado se puede considerar un nuevo material, se le da a
esta palabra un sentido más amplio que el que define el Diccionario de la Real
Academia.
Posteriormente, al terminar la primera mitad del siglo XX, apareció el
8 concreto pretensado, una forma de colaboración más perfecta entre el acero y el
concreto, que amplió extraordinariamente las posibilidades del concreto armado.
Contemporáneas del concreto pretensado son las estructuras mixtas, otra forma
de colaboración del acero y el concreto, pero en este caso los dos materiales no
se mezclan tan íntimamente, sino que se yuxtaponen.
En 1933 se sustituyó la plataforma del puente de Smithfield sobre el río
Monongahela en Pittsburgh por una estructura de vigas de aluminio para reducir
su peso y mejorar su capacidad de carga. Pero en 1936 se descubrieron fisuras
en las vigas de aluminio, atribuidas a problemas de fatiga.
Actualmente en los Estados Unidos se está volviendo a estudiar la
posibilidad de sustituir plataformas de puentes con estructuras de aluminio, y
recientemente se ha sustituido la de un puente colgante de 97 m de luz, el Corbin
Bridge en el estado de Pennsylvania, que se hizo hace 60 años. En Tennessee
hay un programa de cinco años de investigaciones sobre plataformas de
aluminio, porque se considera que pueden ser competitivas con las de concreto o
metálicas.
Los nuevos materiales que han ido apareciendo a lo largo de la historia,
han dado lugar a innovaciones en los puentes, y a evoluciones de su tipología
para adaptarse a sus características. Al aparecer un nuevo material, los primeros
puentes que se construyen con él se proyectan con los tipos y formas de los
anteriores, que se habían hecho con otros materiales. Toda innovación
tecnológica produce desorientación inicial, pero al irse desarrollando la
tecnología del nuevo material, los puentes van evolucionados hasta llegar a su
madurez, y en ella se consigue una adecuación de materiales, estructuras y
formas.
9 Cronológicamente los puentes metálicos han ido siempre por delante de
los de concreto, porque se iniciaron aproximadamente un siglo antes. También
han ido siempre por delante en dimensiones, es decir, en sus posibilidades para
salvar luces mayores, porque el acero es un material con mayor resistencia
específica que el concreto.
En el momento actual se están empezando a probar nuevos materiales
para construir puentes con mayor resistencia específica que el acero. Son los
materiales compuestos, formados por fibras unidas con una matriz de resina, que
se utilizan ya desde hace muchos años en la industria aeroespacial, aeronáutica
y del automóvil, pero que, por diversas razones, todavía no se ha desarrollado su
empleo en la construcción, aunque ya se han utilizado en algunos puentes como
armadura activa, y se ha construido alguna pasarela con estos materiales. La
mayor resistencia específica de los materiales compuestos hará que en un futuro
llegue a haber materiales competitivos con el acero y el concreto para hacer
puentes, pero tiene que pasar tiempo hasta que se resuelvan todos los
problemas que estos materiales plantean en la construcción de los puentes y,
sobre todo, hacerlos asequibles económicamente.
1.2.2. Procedimiento constructivo
En el proyecto de un puente, el problema fundamental que se plantea es
saber cómo va a ser, es decir qué tipo de estructura va a tener, qué material se va
a utilizar, cuáles van a ser sus luces, etc. Pero este cómo va a ser el puente,
viene condicionado por diferentes factores; el primero de ellos es conocer su
comportamiento resistente, es saber cómo va a ser su estructura. Pero además
de saber cómo va a ser el puente, es necesario saber cómo se va a hacer, es
decir, el procedimiento a seguir para llevar a buen fin su construcción. Este
conocer cómo se va a hacer, va adquiriendo cada vez más importancia, a medida
10 que crece la luz del puente, llegando a ser casi decisivo en las grandes luces.
Actualmente los puentes de luces mayores que se construyen son los colgantes y
atirantados, entre otras razones porque sus procedimientos de construcción son
más fáciles de llevar a cabo y requieren menos medios, que los de otras
estructuras.
Ambos problemas, saber cómo va a ser el puente y saber cómo se va a
hacer, no se pueden separar, sino que en el momento de hacer un proyecto se
deberán tener en cuenta simultáneamente. La importancia del proceso de
construcción es tan grande y está tan presente en el ingeniero que, como hemos
visto, muchos tipos de puentes se conocen por su procedimiento de
construcción.
Dadas las posibilidades tecnológicas actuales, la construcción de un
puente, salvo los muy pequeños, se deberá dividir en partes; este
fraccionamiento será tanto mayor cuanto mayor sea la luz del puente, aunque en
ello intervienen otros factores que pueden corregir este planteamiento básico. El
puente se deberá construir por adición de partes sucesivas, de forma que en
cada etapa de construcción se crea una estructura parcial que se debe resistir a
sí misma y debe permitir la construcción de la fase siguiente; o bien, se puede
utilizar una estructura auxiliar que resista las diferentes partes, hasta que la
estructura esté acabada, se resista a sí misma, y entonces se pueda retirar la
estructura auxiliar.
La economía de medios de construcción se consigue más fácilmente
cuando las estructuras parciales sucesivas que se van creando al construir el
puente, son los más parecidas posibles en su modo de resistir a la estructura
final, y por tanto los materiales que es necesario añadir para resistir estos
estados intermedios serán mínimos o nulos. Ejemplo de un proceso de
11 construcción adecuado es el de los voladizos sucesivos para construir puentes
viga, porque los momentos flectores del voladizo van a ser menores que los de la
estructura terminada. En cambio, la construcción de un arco por voladizos
atirantados requiere tirantes provisionales, y en general más armadura en el arco
de la que necesita el puente terminado. Esto no invalida la solución arco respecto
de la solución viga, construidos ambos por voladizos sucesivos, porque el
proceso de construcción, aunque es fundamental, no es el único factor que define
la economía del puente.
12 2.
TIPO DE PUENTES
El material con que se construyen (o se han construido) los puentes suele
ser madera, fábrica, metálico, concreto armado y concreto pretensado,
dependiendo del lugar, de la época, del coste,.... Los puentes de madera son
ligeros, baratos, poco resistentes, de corta duración y muy vulnerables;
actualmente sólo se conciben en obras provisionales. Los puentes de fábrica, en
piedra, ladrillo y concreto en masa, son siempre puentes en arco, pues estos
materiales sólo resisten esfuerzos de compresión; su duración es ilimitada, pues
todavía se usan puentes romanos, sin prácticamente gastos de conservación. La
imposibilidad de mecanizar su construcción hace que sean de coste muy
elevado. Con los puentes de fábrica, prácticamente únicos hasta el s. XVIII, no
pueden alcanzarse grandes luces, por lo que no se construyen.
Estos puentes pueden ser de arco, viga, tirantes, etc.; y el acero puede
presentar diversas formas según trabaje por tensión, compresión o flexión,
pudiendo estar unidas las piezas por remachado en caliente o por soldadura
fundamentalmente. Las pilas y estribos pueden ser de hierro o, generalmente, de
concreto. Los puentes metálicos se prestan a atrevidas concepciones para
puentes móviles y colgantes. Los puentes de concreto armado, posteriores
cronológicamente a los metálicos, son preferentemente de arco y viga,
adaptándose el concreto a variadas soluciones que permiten aprovechar un
mismo elemento para varios fines. Admiten luces intermedias entre los de fábrica
y los metálicos, no tienen gastos de mantenimiento y son de rápida construcción,
particularmente si se utilizan elementos prefabricados.
Según la posición del tablero, los puentes pueden ser de tablero superior,
13 cuando el piso de rodadura está en la parte superior de los órganos de sostén, y
de tablero inferior, cuando éste va situado entre las armaduras. Según su
destino, algunos puentes reciben nombres particulares; así viaductos, para
carretera o ferrocarril, acueductos, para conducción de agua y pasarelas.
Pequeños puentes, generalmente de madera, para peatones. Se llaman puentes
fijos los anclados de forma permanente en las pilas, puentes móviles los que
pueden desplazarse en parte para dar paso a embarcaciones, y puentes de
pontones los apoyados sobre soportes flotantes, generalmente móviles.
2.1.
Tipología
2.1.1. Atirantados.
La historia de los puentes atirantados es muy singular y diferente a los
demás tipos; todos ellos se iniciaron como puentes modernos en el s. XIX, los
atirantados se iniciaron en la segunda mitad del s. XX, concretamente en los
años 50 de este siglo. Este retraso en su origen se está recuperando a pasos
agigantados, porque su evolución ha sido extraordinariamente rápida; el primer
puente atirantado moderno es el de Strömsund en Suecia, construido en 1955,
con un vano principal de 183 m de luz, el de Normandía en Francia de 856 m, ya
terminado, y el de Tátara en Japón de 890 m, actualmente en construcción; en
menos de 40 años su luz máxima se va a multiplicar casi por cinco.
Este carácter singular de los puentes atirantados les confiere un valor de
novedad que los han convertido en el puente privilegiado del momento actual.
El puente atirantado admite variaciones significativas, tanto en su
14 estructura como en su forma; no hay más que pasar revista a una serie de
puentes atirantados para ver las diferencias que hay entre ellos:
a) Longitudinalmente pueden tener dos torres y ser simétricos, o una sola torre
desde donde se atiranta todo el vano principal.
b) Pueden tener dos planos de atirantamiento situados en los bordes del tablero,
o un solo plano situado en su eje.
c) Pueden tener muchos tirantes muy próximos, o pocos tirantes muy
separados.
d) Pueden tener tirantes paralelos, radiales, o divergentes.
e) Las torres se pueden iniciar en los cimientos, o se pueden iniciar a partir del
tablero, de forma que el conjunto tablero-torres-tirantes se apoya sobre pilas
convencionales.
Figura 1. Puente atirantado
15 2.1.1.1.
Cantiléver
Tienen especial aplicación en tramos muy largos. Reciben su nombre de
los brazos voladizos (cantiléver) que se proyectan desde las pilas. Los brazos
voladizos también pueden proyectarse hacia las orillas para sustentar los
extremos de dos tramos suspendidos. Es posible realizar combinaciones
variadas como las que incorpora el puente del Forth, ya que pueden utilizarse
todos los sistemas de armaduras a excepción de la Howe. El principio del puente
cantiléver puede aplicarse fácilmente a los puentes de armadura de acero y
tablero superior. Existen viaductos de concreto armado o de vigas armadas
metálicas en cantiléver; puentes de armadura de hierro que combinan el principio
cantiléver con el arco para formar el sistema conocido con el nombre de puente
de arco cantiléver. El arco puede estar articulado en las pilas; en tal caso se
asemeja a un puente de doble articulación.
El puente de Firth of Forth construido por John Fowler y Benjamín Baker
entre los años 1881 y 1890 sobre el estuario del Forth cerca de Edimburgo inicia
la estirpe de puentes complejos con más de un vano principal.
Esta patente consiste en introducir articulaciones en una viga continua
para hacerla isostática, de forma que se convierte en una serie de vigas
simplemente apoyadas prolongadas en sus extremos por ménsulas en vanos
alternos que se enlazan entre sí por vigas apoyadas en los extremos de las
ménsulas. Con este sistema se tienen las ventajas de la viga continua y de la
estructura isostática: de la viga continua, porque la ley de momentos flectores
tiene signos alternos en apoyos y centros de vanos igual que en ella, y por tanto
sus valores máximos son menores que en la viga apoyada; de la estructura
isostática , porque sus esfuerzos no se ven afectados por las deformaciones del
terreno donde se apoyan, condición fundamental, y en ocasiones determinante,
16 cuando el terreno de cimentación no es bueno.
La viga Gerber tiene otras ventajas sobre la viga continua:
a) En primer lugar, se pueden fijar los apoyos principales y hacer móviles las
articulaciones, acumulando en ellas las deformaciones por temperatura de la
estructura.
b) En segundo lugar, y ésta era probablemente una de las principales cuando se
empezaron a utilizar, la determinación analítica de las leyes de esfuerzos en ellas
es más fácil que en las vigas continuas, a causa precisamente de su isostatismo.
Su principal inconveniente son las articulaciones que hay que crear en ella.
Esta estructura se utilizó con frecuencia en los puentes de madera orientales, en
China, los países del Himalaya, y en Japón.
Figura 2. Puente cantiléver.
2.1.1.2.
Colgantes
En los puente colgantes, la estructura resistente básica está formada por
los cables principales, que se fijan en los extremos del vano a salvar, y tienen la
flecha necesaria para soportar mediante un mecanismo de tensión pura, las
cargas que actúan sobre él.
17 El puente colgante más elemental es el puente catenaria, donde los
propios cables principales sirven de plataforma de paso. Paradójicamente, la
gran virtud y el gran defecto de los puentes colgantes se deben a una misma
cualidad: su ligereza.
La ligereza de los puentes colgantes, los hace más sensibles que ningún
otro tipo al aumento de las cargas de tráfico que circulan por él, porque su
relación peso propio/carga de tráfico es mínima; es el polo opuesto del puente de
piedra.
Actualmente los puentes colgantes se utilizan casi exclusivamente para
grandes luces; por ello, salvo raras excepciones, todos tienen tablero metálico.
El puente colgante es, igual que el arco, una estructura que resiste gracias a su
forma; en este caso salva una determinada luz mediante un mecanismo
resistente que funciona exclusivamente a tensión, evitando gracias a su
flexibilidad, que aparezcan flexiones en él.
El cable: es un elemento flexible, lo que quiere decir que no tiene rigidez y
por tanto no resiste flexiones. Si se le aplica un sistema de fuerzas, tomará la
forma necesaria para que en él sólo se produzcan esfuerzos axiles de tensión;
sin esto no fuera posible no resistiría. Por tanto, la forma del cable coincidirá
forzosamente con la línea generada por la trayectoria de una de las posibles
composiciones del sistema de fuerzas que actúan sobre él. Esta línea es el
funicular del sistema de cargas, que se define precisamente como la forma que
toma un hilo flexible cuando se aplica sobre él un sistema de fuerzas. La curva
del cable de un puente colgante es una combinación de la catenaria, porque el
cable principal pesa, y de la parábola, porque también pesa el tablero; sin
embargo la diferencia entre ambas curvas es mínima, y por ello en los cálculos
generalmente se ha utilizado la parábola de segundo grado.
18 El cable principal es el elemento básico de la estructura resistente del
puente
Colgante: Su montaje debe salvar el vano entre las dos torres y para ello
hay que tenderlo en el vacío. Esta fase es la más complicada de la construcción
de los puentes colgantes. Inicialmente se montan unos cables auxiliares, que son
los primeros que deben salvar la luz del puente y llegar de contrapeso a
contrapeso. La mayoría de los grandes puentes colgantes están situados sobre
zonas navegables, y por ello permite pasar los cables iníciales con un
remolcador; pero esto no es siempre posible.
Como el sistema de cargas de los puentes es variable porque lo son las
cargas de tráfico, los puentes colgantes en su esquema elemental son muy
deformables. Este esquema elemental consiste en el cable principal, las
péndolas, y un tablero sin rigidez, o lo que es lo mismo, con articulaciones en los
puntos de unión con las péndolas. En la mayoría de los puentes colgantes, las
péndolas que soportan el tablero son verticales.
El esquema clásico de los puentes colgantes admite pocas variaciones;
los grandes se han hecho siempre con un cable principal en cada borde del
tablero
Las torres: han sido siempre los elementos más difíciles de proyectar de
los puentes colgantes, porque son los que permiten mayor libertad. Por eso en
ellas se han dado toda clase de variantes. En los años 20 fueron adquiriendo ya
una forma propia, no heredada, adecuada a su función y a su material; la mayoría
tienen dos pilares con sección cajón de alma llena, unidos por riostras
horizontales, o cruces de San Andrés.
En los últimos puentes colgantes europeos construidos con torres
metálicas, se ha utilizado un nuevo sistema de empalme de las chapas que
19 forman los pilares verticales. En vez de utilizar uniones roblonadas o atornilladas
mediante solape de chapas, como se hizo en los puentes americanos, las
uniones se hacen a tope, rectificando mediante fresado el contacto de los
distintos módulos que se van superponiendo, de forma que las compresiones se
transmiten directamente de chapa a chapa; la unión entre ellas se hace mediante
soldadura parcial de la junta. Así se han hecho las torres del puente Severn en
Inglaterra y de los puentes del Bósforo en Estambul.
Figura 3. Puente colgante.
2.1.1.3.
Estructura Metálica
El empleo del hierro significó una transformación radical en la construcción
en general, y en los puentes en particular; sus posibilidades eran mucho mayores
que las de los materiales conocidos hasta entonces, y por ello se produjo un
desarrollo muy rápido de las estructuras metálicas, que pronto superaron en
dimensiones a todas las construidas anteriormente. Hoy en día sigue siendo el
material de las grandes obras, y en especial de los grandes puentes, si bien el
hierro que se utiliza ahora no es el mismo que se utilizó en los orígenes, porque el
material también ha evolucionado significativamente; hay diferencia considerable
de características y de calidad entre los aceros actuales, y el hierro fundido que
se utilizó en un principio.
20 Coalbrookdale marcó el principio de una nueva era en los puentes, que dió
lugar a su espectacular desarrollo en el siglo XIX. Entre la construcción del
puente de Coalbrookdale, un arco de medio punto de 30 m de luz, con una
estructura poco clara, y la construcción del puente de Firth of Forth, un puente
cantiléver para ferrocarril con dos vanos de 521 m de luz, terminado en 1890,
transcurrieron exactamente 111 años.
El rápido desarrollo a principios del s. XIX de los puentes metálicos se
debió básicamente a dos causas fundamentales:
a) En primer lugar, el nuevo material tenía muchas más posibilidades que los
anteriores, porque su capacidad resistente era mucho más alta.
b) En segundo lugar, se empezó a conocer con cierto rigor el comportamiento
resistente de las estructuras, lo que permitió, a la hora de proyectar un puente,
dimensionar sus distintos elementos cuantificando su grado de seguridad, y con
ello ajustar al máximo sus dimensiones.
Los materiales derivados del hierro que se han utilizado sucesivamente en la
construcción han sido, la fundición, el hierro forjado y el acero.
Figura 4 Puente de estructura metálica
21 2.1.1.4.
Vigas
Puentes de vigas. Consisten en varios de estos órganos, que, colocados
paralelamente unos a otros con separaciones de 1,2 a 1,5 m, salvan la distancia
entre estribos o pilas y soportan el tablero. Cuando son ferroviarios, disponen de
vigas de madera o acero y sus pisos pueden ser abiertos o estar cubiertos con
balasto o placas de concreto armado. Los destinados a servir el tráfico de
vehículos son de acero, concreto armado o pretensado o madera. Las vigas
metálicas pueden ser de sección en "I" o de ala ancha; los caballetes de madera
forman vanos con vigas o largueros que descansan en pilas de pilotes del mismo
material o en pilotes jabalconados. Los puentes de vigas de concreto armado o
de acero pueden salvar tramos de 20 a 25 m; para distancias superiores se
utilizan mucho el acero y el concreto pretensado y, cuando la longitud es
considerable, las vigas son compuestas. Se han construido algunos puentes con
vigas de concreto pretensado, de sección en "I", que salvan tramos de hasta 48
metros.
Puentes de vigas armadas. Constan de dos de estos elementos que
soportan el piso. Si el tablero está apoyado cerca de las pestañas inferiores de
las vigas y el tráfico pasa por entre ellas, el puente se llama vía inferior; si, por el
contrario, lo está en la parte superior, se denomina de paso alto. Cuando el
puente sirve a una carretera, es preferible el segundo tipo, que puede ser
ensanchado para acomodarlo a posibles aumentos de tráfico. Las vigas armadas
metálicas son de sección "I" y van reforzadas por remaches. Los puentes de esta
clase pueden ser de un solo tramo o continuos. Los primeros llegan a cubrir
tramos de hasta 40 m. Algunas veces también reciben el nombre de puentes de
vigas armadas los de gran longitud cuyas vigas tienen secciones compuestas.
22 Puentes continuos. Pueden ser de viga de celosía, de vigas de acero de
alma llena, de vigas o viguetas de concreto armado o de vigas o viguetas de
concreto pretensado. Los puentes continuos de viga de celosía suelen ser de dos
o tres tramos, pero los de viga armada pueden salvar ininterrumpidamente
muchos tramos. Los refuerzos contra la carga tensil de las vigas continuas de
concreto armado deben colocarse cerca de la parte superior de las mismas, en el
área situada sobre los soportes, pues allí es donde se producen los esfuerzos
citados. Las vigas y viguetas de los puentes continuos de concreto pretensado
tienen sección en "I" o tubular.
El puente continuo de tres tramos, con arco anclado en el central, modelo
relativamente reciente y de estructura siempre simétrica, es muy estimado para
salvar grandes distancias. Aparte de su valor estético se le considera muy
adecuado para las estructuras cantiléver. El puente continuo más largo es el de
Dubuque (Norteamérica, estado de Iowa) sobre el río Mississippi, con un tramo
central de 258 m de longitud.
Figura 5. Puente de vigas
2.2.
Materiales
A lo largo de la historia se han empleado cuatro materiales básicos para
construir puentes: la madera, la piedra, el hierro y el concreto. A estos cuatro hay
que añadir otros dos que se han empleado con menor frecuencia: el ladrillo,
hecho de arcilla cocida; y el aluminio, que se ha utilizado excepcionalmente para
23 construir puentes o partes de ellos. Actualmente se están utilizando también
materiales compuestos, formados por fibras de materiales muy resistentes
incluidos en una matriz de resina, pero todavía estamos lejos de que estos
materiales puedan competir en los puentes con los materiales actuales.
2.2.1. Concreto
El concreto armado es una colaboración del acero y el concreto, adecuado
especialmente para resistir esfuerzos de flexión. El concreto es muy adecuado
para resistir compresiones y el acero en barras para resistir tracciones. Por ello
las barras de acero se introducen en la pieza de concreto, en el borde que debe
resistir las tracciones, y gracias a la adherencia entre los dos materiales, las
primeras resisten las tracciones y el segundo las compresiones.
Durante muchos años las barras de acero eran lisas, pero gracias a una
serie de ensayos, se comprobó que la adherencia entre el acero y el concreto,
uno de los mecanismos básicos para que el concreto armado funcione, mejoraba
significativamente haciendo las barras corrugadas, es decir, con resaltos
transversales, y así son las barras actuales.
El concreto armado apareció a finales del s. XIX y se desarrolló a
principios del XX, después de varias tentativas.
El primer puente de concreto armado, la pasarela de Chazelet, se construyó en
1875, con una luz de 16,5 m y 4 m de ancho por Joseph Monier, jardinero de
París.
El concreto armado se extendió rápidamente por toda Europa; a ello
contribuyó el arco de exhibición construido en la exposición universal de
Düsseldorf de 1880, que sirvió para dar a conocer este nuevo material.
24 Se imponen dos soluciones clásicas: los de vigas de alma llena, que
podían ser vigas en T unidas por la losa superior, o vigas de cajón para las luces
mayores; y los arcos, solución idónea para el concreto, que es un material
adecuado para resistir compresiones.
Con concreto armado se llegaron a hacer puentes viga de gran luz; el
mayor es el de Ivry sobre el Sena, una pasarela triangulada de 134,5 m de luz,
construida en 1930; uno de los mayores fue el puente de Villeneuve-St. Georges
también sobre el Sena cerca de París, una viga continua de alma llena con luz
máxima de 78 m, terminado en 1939.
Después de la Segunda Guerra Mundial se construyeron puente de
concreto armado, algunos de ellos de luz grande, pero rápidamente se impuso el
concreto pretensado y los puentes de concreto armado han quedado reducidos a
las losas de pequeña luz.
2.2.1.1.
Pre-tensado.
Freyssinet, además de contribuir al desarrollo del concreto armado, fue el
iniciador del concreto pretensado porque, gracias a su extraordinario esfuerzo
personal, consiguió desarrollar una nueva técnica casi desde cero, hasta hacerla
aplicable en cualquier obra donde fuera adecuada.
El concreto pretensado se puede considerar un nuevo material; su
diferencia con el concreto armado es que en éste la armadura es pasiva, es decir,
entra en carga cuando las acciones exteriores actúan sobre la estructura; en el
pretensado, en cambio, la armadura es activa, es decir se tasa previamente a la
actuación de las cargas que va a recibir la estructura (peso propio, carga muerta
y cargas de tráfico), comprimiendo el concreto, de forma que nunca tenga
tracciones o que éstas tengan un valor reducido. La estructura se pone en
25 tensión previamente a la actuación de las cargas que van a gravitar sobre ella, y
de ahí su nombre de concreto pretensado. En definitiva, es adelantarse a las
acciones que van a actuar sobre la estructura con unas contra-acciones que es el
momento en que se tensan las armaduras; se pueden tensar antes de fundida la
pieza, es decir, pretensarlas, o se les puede dar carga después de fundida la
pieza, es decir, postensarlas.
Con el concreto pretensado se evita la fisuración que se produce en el
concreto armado y por ello, se pueden utilizar aceros de mayor resistencia,
inadmisibles en el concreto armado porque se produciría una fisuración excesiva.
Los sistemas de anclaje de las armaduras activas se agrupan en varios
procedimientos básicos que han tenido diversas variantes:
a) Anclajes mediante cuñas de diferentes tipos.
b) anclajes mediante rosca.
c) Anclajes mediante cabezas recalcadas.
d) Anclajes mediante bloques de concreto.
e) Anclajes mediante apriete transversal.
El concreto pretensado no ha hecho desaparecer el concreto armado;
cada uno tiene su campo de aplicación. Al iniciarse el concreto pretensado se
trató de sustituir toda la armadura pasiva por activa; por ello los primeros puentes
se pretensaban longitudinal y transversalmente. Pero pronto cada material
encontró su sitio; la armadura activa se debe emplear para resistir los esfuerzos
principales y la pasiva los secundarios. Incluso puentes losa con luces de hasta
20 m se pueden hacer exclusivamente con armadura pasiva, aunque hay que
tener en cuenta la fisuración, porque muchas veces, aun siendo admisible, es
excesivamente visible.
26 A los ingenieros franceses se debe el descubrimiento del concreto armado
y del pretensado, y a ellos y a los alemanes se debe el desarrollo de su
tecnología, aunque en éste ha habido aportaciones de ingenieros de muchos
países.
El puente de Bendorf sobre el Rin; el de Castejón de 101 m de luz de 1967;
el puente de Dorénaz sobre el Ródano, Suiza, de 45 m de luz central, 1933; el
puente de Esbly, 74 m de luz, 1951 sobre el río Marne; etc. son ejemplos de
puentes de concreto pretensado.
2.2.2 Acero
El empleo del hierro significó una transformación radical en la construcción
en general, y en los puentes en particular; sus posibilidades eran mucho mayores
que las de los materiales conocidos hasta entonces, y por ello se produjo un
desarrollo muy rápido de las estructuras metálicas, que pronto superaron en
dimensiones a todas las construidas anteriormente. Hoy en día sigue siendo el
material de las grandes obras, y en especial de los grandes puentes, si bien el
hierro que se utiliza ahora no es el mismo que se utilizó en los orígenes, porque el
material también ha evolucionado significativamente; hay diferencia considerable
de características y de calidad entre los aceros actuales, y el hierro fundido que
se utilizó en un principio.
Puentes de fundición
Los primeros puentes metálicos se hicieron de hierro fundido; la mayoría
tienen estructuras poco claras, heredadas de los de piedra y de madera. En el
puente de Coalbrookdale sobre el río Severn, el primero de los puentes
metálicos, construido en 1779, se aligeraron los tímpanos mediante anillos
concéntricos como se había hecho en muchos puentes de madera. El puente de
Buildwas, también sobre el Severn, construido en 1796, Thomas Telford, uno de
27 los ingenieros que más contribuyó al desarrollo de los puentes metálicos, se basó
en los puentes de madera de los hermanos Grubenmann; igual que el puente de
Coalbrookdale, se fabricó en la fundición de Abraham Darby III. De hierro fundido
son todos los puentes arco de Thomas Telford y de John Rennie, que en 1819
construyó en Londres el puente de Southwark sobre el Támesis, con tres arcos
de 64+73+64 m de luz, el mayor de todos los puentes de hierro fundido que se
han construido en el mundo.
Puentes de hierro forjado
El hierro forjado es un hierro tratado a base de golpeo para aumentar su
resistencia y mejorar su regularidad. Actualmente se laminan en caliente
fabricando chapas y perfiles metálicos, elementos que han conformado en gran
medida las estructuras metálicas.
Los primeros puentes grandes que se construyeron con hierro forjado
fueron el de Conway, y el Britannia en los estrechos de Menai, dos puentes en
viga cajón de grandes dimensiones para ferrocarril, hechos por Robert
Stephenson, hijo del inventor de la máquina de vapor. En estas vigas el tren
circulaba por su interior. El primero se terminó en 1849; es una viga simplemente
apoyada de 125 m de luz. El segundo es una viga continua con cuatro vanos de
70+2+142+70 m de luz, terminado en 1850. Estos puentes han sido unos de los
más innovadores de la historia porque, además de emplear el hierro forjado por
primera vez en una gran obra, fueron los primeros puentes viga de grandes
dimensiones que se han construido, y también las primeras vigas cajón, es decir,
vigas con sección rectangular o trapecial cuyos contornos están formados por
paredes delgadas.
28 Puentes de acero
A finales del s. XIX, cien años después de la iniciación de los puentes
metálicos, se empezó a utilizar el acero para construir puentes. Conseguir que
los materiales de construcción sean dúctiles y no frágiles, es uno de los logros
importantes de su tecnología.
El acero se conocía mucho antes de que se empezara a fabricar
industrialmente a finales del s. XIX, y de hecho se había utilizado en algún puente
aislado; ejemplo de ello son las cadenas del puente colgante sobre el Canal del
Danubio en Viena, de 95 m de luz, terminado en 1828.
Pero era un material caro hasta que en 1856 el inglés Henry Bessemer
patentó un proceso para hacer acero barato y en cantidades industriales,
mediante un convertidor donde se insuflaba aire en el hierro fundido que reducía
las impurezas y el contenido de carbono
.
El primer gran puente cuya estructura principal es de acero es el de San
Luis sobre el río Mississippi en los Estados Unidos, proyecto de James B. Eads
en 1874, con tres arcos de 152+157+152 m de luz.
Los dos grandes puentes de finales del s. XIX fueron también de los
primeros que se hicieron con acero: el puente de Brooklyn y el puente de Firth of
Forth.
Desde finales de s. XIX el acero se impuso como material de construcción
sobre el hierro, y por ello, a partir de entonces, todos los puentes se han hecho de
acero.
29 2.2.3 Madera
La madera es el material que utilizó el hombre para hacer sus primeras
construcciones; un tronco de árbol sobre un río fue seguramente el primer puente
artificial.
Los puentes de madera son más fáciles y más rápidos de construir que los
de piedra, y han resultado siempre más económicos; por ello, los primeros que
construyó el hombre fueron de madera, y a lo largo de la historia se han
construido innumerables puentes de este material, muchos más que de piedra.
Los puentes de madera han planteado siempre problemas de durabilidad
y por ello se han considerado siempre de una categoría inferior que los de piedra;
generalmente se les ha dado carácter de obra provisional; se aspiraba a
sustituirlos por uno de piedra en cuanto hubiera dinero para ello.
Los tres problemas básicos de durabilidad de los puentes de madera son
los siguientes:
a) En primer lugar, el propio material que se deteriora con el paso del tiempo si
no se cuida especialmente.
b) En segundo lugar, su vulnerabilidad al efecto de las avenidas de los ríos.
Cada avenida extraordinaria se llevaba muchos puentes de madera, y por ello
siempre ha habido una clara consciencia de su debilidad frente a las acciones
destructivas del propio río.
Los puentes de madera fueron los primeros que se utilizaron, aunque de
ellos, como de todas las primeras construcciones de este material, no queda
rastro. Un tronco sobre el río se puede considerar un puente frontera entre lo
natural y lo artificial. En unos casos puede ser natural, porque un árbol, al caerse,
30 puede quedar sobre el río; en otros los tendió el hombre para poder pasar sobre
él, lo que probablemente aprendió al ver los que había tendido la naturaleza.
Del tronco aislado, se pasó al tablero de varios troncos adosados; es el
puente de vigas simplemente apoyadas. Posteriormente se hicieron pórticos de
jabalcones, arcos de madera, y vigas trianguladas. Hoy en día se siguen
construyendo pasarelas de madera, aunque solamente en casos excepcionales,
porque resultan más caras que las metálicas o las de concreto que son los
materiales que se utilizan normalmente hoy en día para hacer puentes. De los
puentes históricos de madera quedan muy pocos en pie; salvo en determinadas
regiones, como pueden ser los Alpes, se consideraban de segunda clase. El
puente por excelencia era el de piedra; el de madera ha sido siempre
muy
vulnerable a causa de los incendios, de su degradación y de las avenidas
de los ríos. Sin embargo, hasta muy avanzado el siglo XIX que se impusieron los
puentes metálicos, la mayoría de los puentes eran de madera. Muchos de ellos
se construían con idea de provisionalidad, se trataba de sustituirlos por puentes
de piedra en cuanto era posible. El puente Emilio sobre el Tíber en Roma, fue
primero de madera y luego de piedra.
Figura 6. Puente de madera.
31 2.3
Por su uso
Los puentes así como otros tipos de estructuras tienen distintos tipos de
uso para los cuales son destinados entre los usos más comunes podemos
encontrar.
2.3.1 Vehicular
Son las estructuras que se construyen con el propósito de unir dos
caminos por el cual transitarán vehículos automotores.
2.3.2 Peatonal
Estos fueron sin duda los primeros usos que el ser humano le dio a los
puentes, la necesidad de saltear obstáculos, hizo que el hombre primitivo ideara
el puente de uso peatonal.
2.3.3 Artesanal
En algunas culturas los puentes se utilizaron para esa forma artística o
artesanal, siendo en Roma donde los acueductos eran conducidos por medio de
tuberías, las cuales atravesaban claros donde los romanos construyeron puentes
para este propósito.
32 3. METODOLOGÍA DE DISEÑO SEGÚN AGIES Y ASSTHO
3.1 Criterios y lineamientos AGIES.
3.1.1 Diseño de la superestructura
3.1.1.1
Diseño de la losa
3.1.1.1.1 Carga muerta
Las cargas muertas comprenden todas las cargas de elementos
permanentes de la construcción. Incluye el peso de la estructura, del pavimento,
banquetas, barandas, y otras posibles instalaciones fijadas permanentemente a
la estructura.
3.1.1.1.2 Espesor de losa.
No se hace recomendación al respecto de este elemento en la norma.
3.1.1.2
Cálculo de momentos.
3.1.1.2.1 Momento debido a carga muerta.
No se hace recomendación al respecto del cálculo de esta fuerza en la norma.
3.1.1.2.2 Momento producido por carga viva.
No se hace recomendación al respecto del cálculo de esta fuerza en la norma.
33 3.1.1.2.3 Momento producido por carga de impacto.
En el inciso 2.2.9 de la norma NR-5 se hace referencia al respecto del
cálculo de momento debido al impacto, siendo la formula recomendada la
siguiente.
15/
38
0.30
En donde
I= carga debido al impacto
L= separación entre las vigas en metros.
Este será el incremento en porcentaje que se le aplicara a la carga viva.
3.1.1.3
Cálculo del acero de refuerzo.
El cálculo del refuerzo longitudinal y transversal se realiza con los
procedimientos ya establecidos por el ACI al igual que se toman en cuenta
recomendaciones especiales dadas por la AASHTO.
3.1.1.4
Diseño de vigas y diafragmas
El pre dimensionamiento para las vigas tanto principales como
secundarias se realiza tomando en cuenta los factores aplicados para la omisión
de chequeos por deflexión de los elementos, comúnmente utilizados en el cálculo
estructural.
34 3.1.1.4.1 Cálculo del momentos debido a sobre carga,
fracción de carga, carga por eje, carga muerta y
carga de impacto
No se hace recomendación al respecto del cálculo de estas fuerzas en la norma.
3.1.1.4.2 Cálculo del momento total
No se hace recomendación al respecto del cálculo de estas fuerzas en la norma.
3.1.1.4.3 Cálculo del acero de refuerzo
El cálculo del refuerzo longitudinal y refuerzo a corte se realiza con los
procedimientos ya establecidos por el ACI al igual que se toman en cuenta
recomendaciones especiales dadas por la AASHTO.
3.1.2 Diseño de la subestructura
La norma NR-5 en su capítulo tercero considera cálculo de muros de
contención por gravedad, pero no toma en cuenta las cargas que actúan en un
puente como lo son, cargas de impacto, cargas de sismo, etc.
3.1.3 Diseño de estribo
Se toman en cuenta los factores de seguridad, recomendados por AGIES en su
capítulo 3.
Volteo< 1.5
Deslizamiento<1.5
35 Para el cálculo del factor de seguridad por presiones se toma en cuenta la
recomendación dada por AASHTO donde indica que las presiones deberán ser
menores a
0 < Presión < valor soporte del suelo
3.2 Criterios y lineamientos ASSTHO
3.2.1 Diseño de la superestructura
3.2.1.1
Diseño de la losa
Para el diseño de losa se tomo como carga móvil la carga proporcionada
por un camión tipo T3-S3, según la nomenclatura de ASSTHO
3.2.1.1.1 Espesor de losa
Se aplicará la tabla AASHTO 89.2 que dicta.
1.2
3.05 /30
6" Donde:
t= espesor de la losa en centímetros.
L= luz libre entre vigas.
3.2.1.2
Cálculo de momentos
3.2.1.2.1 Momento debido a carga muerta
Diagrama utilizado para obtención de momentos debidos a carga muerta,
se utilizarán procedimientos comunes en el análisis de losas.
36 3.2.1.2.2 Momento producido por carga viva
Formula sugerida por las norma AASHTO 3.24.3
0.8
2
/32
Donde:
S= separación entre vigas (ft)
P=carga de camión, en este caso el peso del eje con mayor peso. (Lb)
La carga P se obtiene del cálculo del eje más pesado.
Cargas para Camión T3-S3 con un peso total de 46 Toneladas
Figura 7. Esquema de cargas camión T3-S3
3.2.1.2.3 Momento producido por carga de impacto
37 Se calculan con la formula que recomienda la AGIES.
15/
38
0.30
Donde:
I= carga debido al impacto
L= separación entre las vigas en metros.
Para el cálculo del momento ultimo se utilizará la siguiente formula.
1.3
3.2.1.3
5/3 Cálculo del acero de refuerzo.
3.2.1.3.1 Cálculo de refuerzo transversal cama inferior
El cálculo del refuerzo longitudinal y refuerzo a corte se realiza con los
procedimientos ya establecidos por el ACI al igual que se toman en cuenta
recomendaciones especiales dadas por la AASHTO.
3.2.1.3.2 Cálculo de refuerzo longitudinal cama superior e
inferior.
AASHTO (3.24.10.2) recomienda que el refuerzo longitudinal en ambas
camas de la losa sea como máximo el 67% del refuerzo transversal de la cama
inferior. El porcentaje del refuerzo a utilizar se calcula con.
%
2.2/√
38 67%
Donde el valor de S esta en pies.
3.2.1.3.3 Cálculo de refuerzo transversal cama superior.
El acero de refuerzo transversal en la cama superior se calcula solo por
Temperatura.
Astemp=0.002*b*t
3.2.1.4
Diseño de vigas.
3.2.1.4.1 Cálculo del momento por sobre carga.
Una de las especificaciones de AASHTO, expresa que si la separación
entre vigas es menor de 2m, entonces la carga sobre cada viga será la reacción
de las cargas por rueda.
S < 2.00 m
3.2.1.4.2 Fracción de carga (Fq)
La carga sobre cada viga será la reacción de las cargas por rueda. La
fracción de carga por rueda está dada por.
/1.75
Donde
S= separación entre vigas
39 3.2.1.4.3 Carga por eje.
La carga por eje se obtiene utilizando la siguiente fórmula:
Carga*eje=P*Fq
Los momentos máximos debidos a sobrecarga ocurren en el punto más
cercano al centro de gravedad, cuando se encuentra tan lejos del soporte como
su centro de gravedad del otro.
3.2.1.4.4 Cálculo del momento por carga muerta.
El momento producido por carga muerta es la sumatoria de todos los
elementos que actúan sobre la viga.
^2 /8
En donde
Pdiaf= Peso del diafragma interno.
a= Distancia entre diafragmas.
3.2.1.4.5 Cálculo del porcentaje de impacto.
La fórmula para hallar el porcentaje de impacto, es la misma utilizada para
hallar el impacto para la losa.
15/
38
40 0.30
3.2.1.4.6 Cálculo del momento total
El momento total máximo se obtiene utilizando la fórmula siguiente.
Recomendadas por la ASSTHO.
1.3
5/3 3.2.1.4.7 Cálculo del acero de refuerzo.
El cálculo del refuerzo longitudinal y refuerzo a corte se realiza con los
procedimientos ya establecidos por el ACI al igual que se toman en cuenta
recomendaciones especiales dadas por la AASHTO.
3.2.1.4.8 Refuerzo adicional.
ACI y AASHTO recomienda que por cada pie de alto sea colocado un
refuerzo adicional equivalente a 1.61 cm2.
3.2.1.4.9 Diseño a corte
3.2.1.4.9.1
Esfuerzo cortante por carga muerta
Se aplicara la fórmula sugerida por ASSTHO
/2
41 ∑▒ ^′ /
En donde
Vcm= Corte por carga muerta
Wcm=Carga muerta
L= Luz entre apoyos
P’ Carga muerta de los diafragmas
n= número de apoyos
3.2.1.4.10 Esfuerzo cortante último
El esfuerzo cortante último se calcula aplicando la fórmula siguiente.
1.3
5/3 3.2.1.4.11 Calculo de refuerzo a corte
Se realizara el cálculo del concreto con el procedimiento dado por
ACI, para el corte por carga vertical.
3.2.2 Diseño de diafragmas
La especificación AASHTO 8.12.2, expresa que un diafragma intermedio
es recomendado en el punto máximo al momento positivo, para luces mayores de
40 pies (12.19m).
La altura de los diafragmas se da por las fórmulas.
Diafragma exterior = ½ h de viga=1.6/2=0.80 m
Diafragma interior = ¾ * 1.6 = 1.20 m
42 3.2.3 Diseño de la subestructura
3.2.3.1
Diseño de la cortina
Según AASHTO 1.2.22 la cortina se encuentra empotrada en la viga de
apoyo y el alto depende de la viga principal del puente, para su diseño es
necesario tomar en cuenta las reacciones de los extremos de cada viga y las
presiones laterales siguientes:
•
Sismo
•
Fuerza longitudinal
•
Presión del suelo + Presión debida a sobrecargas
Según las Normas AASHTO se deberá considerar una sobrecarga del suelo
del equivalente a 2 pies de alto, con una presión de 480 kg/M3
3.2.3.1.1 Cálculo de fuerza longitudinal (LF)
Esta fuerza es producida por las llantas del camión en el aproche del
puente, la cual es transmitida por el mismo a la cortina. La fuerza LF se calcula
según el criterio AGIES dado en la Norma NR-5 capítulo 2, en donde indica que,
Se deberá considerar una fuerza longitudinal que puede ser causada por los
vehículos. La magnitud de esa fuerza se tomará como 5°% de la carga viva en
todos los carriles que llevan tránsito en la misma dirección y se considerará
aplicada a 1.80 m por encima de la superficie de rodadura para el cálculo se
tomará la "Carga de Pista", esta fuerza se calcula con la siguiente fórmula.
0.05
43 /2
Donde:
P= peso del camión, que actúa a1.8 m (6 pies) sobre la capa de rodadura, de
manera que el brazo es de 6 pies + H.
H= altura de la cortina.
3.2.3.1.2 Cálculo de sismo
Según el criterio de la sección de puentes de la Dirección General de
Caminos, se debe utilizar entre un 8 y 12% del peso propio de la cortina. El brazo
de aplicación de la fuerza está situado en el centro de gravedad de la sección.
S=0.12W
3.2.3.1.3 Cálculo de la presión del suelo
292.8 1.6
468.48 3.2.3.1.4 Cálculo del momento de diseño.
Se tomará en base a las fórmulas dadas por ASSTHO, tomándose el mayor de
los dos.
Para Grupo III
1.3
Para Grupo VII
1.3
44 3.2.3.1.5 Área de refuerzo
El cálculo del refuerzo longitudinal y refuerzo a corte se realiza con los
procedimientos ya establecidos por el ACI al igual que se toman en cuenta
recomendaciones especiales dadas por la AASHTO.
3.2.4 Diseño de estribo
3.2.4.1
Revisión del muro sin superestructura
Para verificar la estructura como un muro de gravedad, se utilizarán las
formulas de chequeo para muros de gravedad, las cuales se describen a
continuación.
/
µ /
/ 1
/ 1
6 / 6 / Donde:
Mv=Momento de volteo
Me=Momento Estabilizante
W=Peso propio de la estructura
E=Empuje
A=Área de la base
45 1.50
1.50 µ
0 0.50
/2
/
E=Excentricidad
b=base
3.2.4.2
Revisión del muro con superestructura y carga viva
El estribo se chequeará aplicando la carga muerta y la carga viva: estas
cargas son las utilizadas para calcular las vigas de apoyo, añadiendo esta carga
al cálculo del momento debido al volteo.
100357 /
Donde:
Vu= Fuerza de corte último
H=punto de aplicación de la carga.
46 4. EJEMPLO REPRESENTATIVO
4.1 Diseño de puente vehicular.
Este ejemplo se basa en el diseño de un puente vehicular de concreto
reforzado, capaz de soportar cargas de vehículo AASHTO H15-44, con una luz
entre apoyos de 25m y un ancho total de 4.70m, estribos de concreto ciclópeo,
vigas de apoyo, cortinas, vigas principales, losa y diafragmas de concreto
reforzado.
Dada una evaluación de los diferentes tipos de puentes se opto por
desarrollar el ejemplo con una estructura de concreto reforzado fundida In-Situ
(en el lugar), debido a que con estos se pueden cubrir luces de hasta 25 metros
sin apoyo Central.
4.1.1 Consideraciones generales
4.1.1.1
Descripción del proyecto
El proyecto consiste en diseñar un puente vehicular de concreto reforzado,
de una vía, capaz de soportar cargas de vehículo AASHTO T3-S3, con una luz
entre apoyos de 25m y un ancho total de 4.70m, estribos de concreto ciclópeo,
vigas de apoyo, cortinas, vigas principales, losa y diafragmas de concreto
reforzado.
47 4.1.1.2
Especificaciones de diseño
Se deben de tomar en cuenta algunos criterios antes de desarrollar el
diseño de puentes, los cuales se definen a continuación:
Recubrimientos: (AASHTO 8.22.) Medido del rostro de la barra a la superficie
del concreto: 8 cm para cimientos y muros, 5 cm para losas arriba y 2.5 cm abajo,
5 cm para columnas y vigas.
Longitud de desarrollo: (AASHTO 8.24.1.2) Se proporcionará a todas las
barras la longitud necesaria a partir del punto donde se requieren por diseño,
siendo está la mayor de la profundidad efectiva del elemento, 15 diámetros de la
barra o la luz/20.
Traslapes: (AASHTO 8.25/ DGC 509.080.) Se calculan con base a la longitud de
desarrollo establecida en cada caso. Se recomienda el uso de uniones
mecánicas para las barras No. 11, de tal modo que desarrollen un 125% del fy
nominal de la barra, siguiendo la especificación AASHTO 8.33.2, evitando
localizarlas en los puntos donde se producen esfuerzos de tensión críticos y
nunca en una misma línea, deberán colocarse alternos a cada 60 cm.
Ganchos: (AASHTO 8.23.2.2.) Los dobleces deberán ser hechos en frío y un
equivalente a 6 diámetros en su lado libre cuando se trata de 180 grados, o 12
diámetros cuando se trata de 90 grados. Se deben seguir las normas
establecidas para manojos o grupos de barras respecto a la cantidad, longitud de
48 desarrollo y recubrimientos, siguiendo los lineamientos del artículo 8.21.5 de
AASHTO.
La AGIES recomienda para el tipo de protección II que se está
proponiendo para este puente la realización de los siguientes estudios.
4.1.2 Estudios topográficos
Del estudio topográfico depende la geometría de los elementos básicos en
el diseño de puentes, debido a que este proporciona datos para representar
gráficamente los posibles puntos de ubicación de la obra, además proporciona
información sobre las pendientes y áreas de descarga de la sección donde se
ubicará la estructura, para determinar la altura mínima de la misma.
4.1.3 Estudios hidráulicos
Los estudios hidrológicos son de gran importancia que se complementa
con el estudio topográfico, para la determinación de la geometría de los
elementos
constitutivos
del
puente.
El
método
utilizado
es
el
de
sección-pendiente, el cual es recomendable en lugares donde no es posible
obtener información suficiente para un cálculo confiable.
4.1.4 Suelos
Se realizará una exploración en el sitio donde se ubicarán los estribos,
para así poder determinar la cota de cimentación y la capacidad soporte del
suelo, la cual para los fines del ejemplo se asumirá con un equivalente a
25,000Kg/m², ya que se asumirá un suelo arenoso y con los estratos más bajos
49 rocoso, la cota de cimentación se estableció en 2.00m, medidos a partir del lecho
del río.
4.1.5 Diseño de la estructura
4.1.5.1
Consideraciones de diseño
Luz libre: 24.1m
Ancho útil: 3.80m
Luz eficaz: 25.00m
Ancho total: 4.70m
Resistencia del concreto: 281 Kg/cm2
Resistencia del acero: 2810 Kg/cm2
Módulo de elasticidad del acero: Es = 21000000 Kg/cm2
Peso del concreto armado: 2400 Kg/m3
Peso del concreto ciclópeo: 2500 Kg/m3
Capacidad soporte del suelo: 25,000 Kg/m2
Sobrecarga: T-3 S3
4.1.6 Diseño de la superestructura.
Para diseñar los diferentes elementos estructurales del puente, se
aplicaron criterios y recomendaciones de AGIES (Asociación Guatemalteca de
Ingeniería Estructural y Sísmica) y ACI (American Concrete Institute).
4.1.6.1
Diseño de la losa.
Para el diseño de losa es necesario saber cómo trabaja, en el caso de
puentes la losa trabaja en un solo sentido, debido a que cuenta únicamente con
50 dos apoyos, por lo tanto el refuerzo principal es perpendicular al tránsito, la
separación entre vigas es igual a la luz de losa, que para este caso es de 1.80m.
4.1.6.1.1 Espesor de losa
La normativa de la AGIES no cuenta con un criterio para este caso, así
que se recurrirá a la tabla AASHTO 89.2 que dicta.
1.2
3.05 /30
6" Donde:
t= espesor de la losa en centímetros.
L= luz libre entre vigas.
Entonces
1.2 1.8
3.05 /30 19.4 0.20 Entonces el espesor será de 20cm.
4.1.6.2
Cálculo de momentos
Los momentos se calcularán en base a las recomendaciones que da la
AGIES en la norma NR5 capítulo 2 donde recomienda utilizar las fórmulas de
momentos recomendados por la AASHTO.
1.3
5/3
51 4.1.6.2.1 Momento debido a carga muerta
Diagrama utilizado para obtención de momentos debidos a carga muerta.
Figura 8. Diagrama de momentos
1
1
/ 2400 .2 1
105
/
80
/
75
/
/
Momento producido por carga muerta.
Para luz interna entre vigas
^2 /10
Para luz de los voladizos.
52 480
/
^2 /2
720 〖1.8 〗^2 /10
233.28
720〖 .95 〗^2 /2
324.90
Se utilizará el momento mayor, dado esto se obtiene el momento máximo
por carga muerta, que es de 324.90kg-m
4.1.6.2.2 Momento producido por carga viva
La carga viva que se transmitirá sobre la estructura del puente, será
equivalente a la carga AASHTO T3-S3 que es la que indica la AGIES en su
norma NR-5, para refuerzo principal perpendicular a la dirección del estribo el
momento por carga viva esta dado por:
0.8
2
/32
En donde:
S= separación entre vigas (ft)
P=carga de camión, en este caso el peso del eje con mayor peso. (Lb)
La carga P se obtiene del cálculo del eje más pesado.
Cargas para camión T3-S3 con un peso total de 46 toneladas.
53 Figura 9. Distribución de cargas por ejes del camión T3-S3
1 6.5/2
3.25 2 9.75 2/2
9.75 3 7.5 3/2
11.25
La carga P a utilizar será la del eje 3 con una carga de 11.25 toneladas
0.8 5.9
2 24750/32
4888.13
675.81
4.1.6.2.3 Momento producido por carga de impacto
La aplicación de las cargas dinámicas producidas por los vehículos que
transitan sobre el puente, no se produce de forma gradual, sino violenta, lo cual
produce incrementos notables en las fuerzas internas de la estructura, por esta
razón se deben considerar cargas adicionales, denominadas cargas de impacto,
las cuales se calculan con la formula que recomienda la AGIES.
15/
38
54 0.30
Donde
I= carga debido al impacto
L= separación entre las vigas en metros.
15/ 1.8
38
0.38
0.30
Se utilizará I=0.30
El momento último se calculará aplicando la fórmula siguiente:
1.3
1.3 324.90
5/3 5/3 675.81 1.30 2325.90
Ya con el momento de diseño se procede a calcular el refuerzo necesario
para soportar el momento último.
4.1.6.3
Cálculo del acero de refuerzo.
Utilizando la fórmula cuadrática con los siguientes datos se obtiene el
area de acero (As).
〖As〗^2 〖fy〗^2 /1.7xf′cxb
Con los siguientes datos.
55 A
/
0
Φ=0.9 por flexión
Mu=2325.90
d=16.85 cm
b=100 cm
f’c=281 kg/cm2
fy=2810 kg/cm2
〖
〗^2 〖 2810 〗^2 / 1.7 281
232590/0.90
100
2810
16.85
0
5.56 Hallando los valores de As min y Asmax, se verifica si el As calculado, está
dentro del rango establecido por ACI.
14.1/
0.005 100 16.85
14.1/2810
0.005
8.43 〖
〗^2
0.5
0.5 0.037 100 16.85
31.17〖
〗^2
Como el As<As min entonces se utiliza As min=8.43 cm2
Si se comparan el área de acero mínimo con el área de acero calculada,
se puede comprobar que es casi tres veces esta. La forma en que se pueden
Interpretar estos resultados, es que el peralte de losa es mayor al requerido
y que la losa puede trabajar bien con un peralte menor.
56 4.1.6.3.1 Cálculo de refuerzo transversal cama inferior.
Se utilizará varilla No.4, con esto el armado queda distribuido de la
siguiente manera:
No.4 @ 0.15 m perpendicular a la dirección del tránsito.
4.1.6.3.2 Cálculo de refuerzo longitudinal cama superior e
inferior.
AASHTO (3.24.10.2) recomienda que el refuerzo longitudinal en ambas
camas de la losa sea como máximo el 67% del refuerzo transversal de la cama
inferior. El porcentaje del refuerzo a utilizar se calcula con.
%
2.2
√
67%
Donde el valor de S esta en pies.
%
2.2
√5.9
90.51%
Dado esto se tiene que:
As=0.67*As transversal=0.67*8.43=5.65 cm2
El acero de refuerzo longitudinal será No. 4 @ 0.20m.
57 4.1.6.3.3 Cálculo de refuerzo transversal cama superior.
El acero de refuerzo transversal en la cama superior se calcula solo por
Temperatura.
Astemp=0.002*b*t=0.002*100*20=4 cm2
Utilizando refuerzo No. 4 el armado quedará distribuido de la siguiente
manera:
No. 4 @ 0.30m en sentido perpendicular al tránsito.
4.1.6.4
Diseño de vigas.
Para determinar la sección de las vigas principales se tiene que tomar en
cuenta la luz de las mismas, el peralte mínimo para vigas simplemente apoyadas
esta dado por.
menor que
/16 , para no chequear deflexiones y la base o deberá ser
/3.5 para no chequear alabeo.
Utilizando este criterio se establecieron las dimensiones siguientes:
Base= 0.50 m
Peralte = 1.60 m
4.1.6.4.1 Cálculo del momento por sobre carga.
Una de las especificaciones de AASHTO, expresa que si la separación
entre vigas es menor de 2m, entonces la carga sobre cada viga será la reacción
de las cargas por rueda.
S=1.80 m < 2.00 m Ok
58 Figura 10. Diagramas de distribución de sobrecarga.
4.1.6.4.2 Fracción de carga (Fq).
La carga sobre cada viga será la reacción de las cargas por rueda. La fracción de
carga por rueda está dada por.
/1.75
1.8/1.75
1.03
4.1.6.4.3 Carga por eje.
La carga por eje se obtiene utilizando la siguiente fórmula:
Carga*eje=P*Fq
Carga de eje trasero= 11250*1.03=11587.5 Kg
Carga de eje delantero= 13000*1.03=13390 Kg
59 Los momentos máximos debidos a sobrecarga ocurren en el punto más
cercano al centro de gravedad, cuando se encuentra tan lejos del soporte como
su centro de gravedad del otro.
Figura 11. Distribución de fuerzas por eje.
Figura 12. Diagrama de distribución de fuerzas críticas.
Determinando los valores de “a” y de “x”, se obtienen las distancias para
poder efectuar las sumatorias de momentos respecto a los puntos de apoyo en
los extremos.
60 Para hallar el valor de “x”
0〗
∑▒〖
13000
11250 8.1
3.75 Hallando el valor de “a”
25
3.75 /2
10.625
Figura 13. Diagrama de distribución debido a carga viva.
Con esto determinaremos momentos máximos.
∑▒〖
25
0〗
11.25 6.275
13 14.375
10.30 Por lo tanto la reacción en el punto “b” será de.
13.95 El momento máximo se calculara con la ayuda del diagrama de corte.
61 Figura 14 Diagrama de cortante máximo.
Mmax=8.1*2.7+6.275*13.95=109.40 T-m.
4.1.6.4.4 Cálculo del momento por carga muerta.
El momento producido por carga muerta es la sumatoria de todos los
elementos que actúan sobre la viga. Siendo estos elementos los siguientes:
Wlosa=720 kg/m
Wviga= 1920 kg/m
Wtotal= 2640 kg/m
W diafragma=1360 kg actúa como carga puntual
^2 /8
En donde
Pdiaf= Peso del diafragma interno.
a= Distancia entre diafragmas.
62 2640 〖25〗^2 /8
1360 7
215770
4.1.6.4.5 Cálculo del porcentaje de impacto.
La fórmula para hallar el porcentaje de impacto, es la misma utilizada para
hallar el impacto para la losa.
15/
38
0.30
15/ 25
38
0.24
4.1.6.4.6 Cálculo del momento total.
El momento total máximo se obtiene utilizando la fórmula siguiente:
1.3
1.3 215770
5/3 5/3 109400 1.24 1.03 4.1.6.4.7 Cálculo del acero de refuerzo.
Para el refuerzo al centro de la viga se tiene:
Mmax = 583240
b=60 cm
d=153 cm
f’c=281 kg/cm2
fy=4200 kg/cm2
63 583240
Con estos datos se obtienen.
As min = 30.75 cm2
As = 113.09 cm2
Asmin<As<Asmax ok
As máx. = 131.31 cm2
Se distribuirá el acero de la siguiente forma.
•
Cama superior: se colocará el 33% del As+ o As min, el mayor de los dos,
33% de As+.
o As min= 30.75 cm2
o 33% As= 113.09*33%=37.31 cm2
•
equivale a 4 No. 11
Cama inferior en apoyos: se debe colocar el 50% de As+ o As min.
o As min= 30.75 cm2
o 50% As= 113.09*50%=56.55 cm2
•
equivale a 6 No. 11
Acero a Tensión.
o Ast= 113.09-57.47=55.62 cm2
equivale a 6 No. 11
4.1.6.4.8 Refuerzo adicional.
ACI y AASHTO recomienda que por cada pie de alto sea colocado un
refuerzo adicional equivalente a 1.61 cm2, en este caso se colocarán varillas No.5
en cada cara.
4.1.6.4.9 Diseño a corte
4.1.6.4.9.1
Esfuerzo cortante por carga muerta
La mayor concentración de esfuerzo cortante por carga muerta ocurre en
los apoyos y se calcula por medio de la fórmula siguiente:
/2
64 ∑▒ ^′ /
En donde
Vcm= Corte por carga muerta
Wcm=Carga muerta
L= Luz entre apoyos
P’ Carga muerta de los diafragmas
n= número de apoyos
2640 25 /2
4.1.6.4.9.2
2 756
504 /2
34260 Esfuerzo cortante por sobrecarga
El esfuerzo cortante por sobrecarga, se calcula por medio de la reacción
que la estructura presenta, cuando la carga del eje más pesado está justo sobre
el apoyo y la carga del eje menos pesado se encuentra dentro de la estructura.
Figura 15. Diagrama de distribución debido a sobrecarga.
∑▒〖
25
0〗
13 25
11.25 16.90
20.61 3.64 20.61 65 4.1.6.4.10 Esfuerzo cortante último
El esfuerzo cortante último se calcula aplicando la fórmula siguiente:
1.3
5/3 1.3 34260
5/3 20610 1.25 100357 4.1.6.4.11 Cálculo de refuerzo a corte
Con base a las reacciones y utilizando la siguiente fórmula se calcula la
resistencia última del concreto a corte:
Vrc= Corte que resiste el concreto.
0.85 0.53√ ′
0.85 0.53√281 60 153
69325.1 Se toma en cuenta el corte máximo Vmax es mayor comparado con el
corte que resiste el concreto.
/
En donde.
Av.= área de la varilla en este caso será No4.
fy= esfuerzo de fluencia del acero.
Vmax= corte máximo
Vrc=corte resistente por el concreto
b=base de viga
66 Smax=d/2=1.40/2=0.70 cm
2 1.27 4200 / 100357/ 153 60
7.55
60
52.57
Se utilizará Estribo No 4 @ 0.30
Se colocará el primer estribo a S/2 según disposición del ACI
Primer estribo No4 a 0.15.
4.1.7 Diseño de diafragmas
La función principal de los diafragmas, es la de contrarrestar las cargas
laterales que puedan afectar la estructura, tales como sismo y viento, además
cumplen la función de mantener la geometría de la misma, es decir no permite
que las vigas principales se ladeen o se deformen en sentido vertical. Como los
diafragmas no soportan ninguna carga, no tienen valor estructural propiamente
dicho. Los diafragmas se dividen en internos o intermedios y externos, colocados
en el centro de la luz y en los extremos respectivamente. La especificación
AASHTO 8.12.2, expresa que un diafragma intermedio es recomendado en el
punto máximo al momento positivo, para luces mayores de 40 pies (12.19m). En
el presente caso se colocaron 2 diafragmas externos y 2 diafragmas internos,
debido a la gran luz de la estructura.
La altura de los diafragmas se dá por las formulas.
Diafragma exterior = ½ h de viga=1.6/2=0.80 m
Diafragma interior = ¾ * 1.6 = 1.20 m
Con una base para ambos casos de 30 cm, estos elementos ya que no soportan
carga se arman con acero mínimo en ambas camas.
As min diafragma exterior = 7.92 cm2
As min diafragma interior = 11.88 cm2
67 4.1.8 Diseño de la subestructura
4.1.8.1
Diseño de la cortina
La cortina funciona como muro contención para el relleno del aproche del
puente en sentido longitudinal, según AASHTO 1.2.22 la cortina se encuentra
empotrada en la viga de apoyo y el alto depende de la viga principal del puente,
para su diseño es necesario tomar en cuenta las reacciones de los extremos de
cada viga y las presiones laterales siguientes:
•
Sismo
•
Fuerza longitudinal
•
Presión del suelo + Presión debida a sobrecargas
Según las Normas AASHTO se deberá considerar una sobrecarga del suelo
del equivalente a 2 pies de alto, con una presión de 480 kg/M3
4.1.8.1.1 Cálculo de fuerza longitudinal (LF)
Esta fuerza es producida por las llantas del camión en el aproche del
puente, la cual es transmitida por el mismo a la cortina. La fuerza LF se calcula
según el criterio AGIES dado en la Norma NR-5 capítulo 2, en donde indica que,
Se deberá considerar una fuerza longitudinal que puede ser causada por los
vehículos. La magnitud de esa fuerza se tomará como 5°% de la carga viva en
todos los carriles que llevan tránsito en la misma dirección y se considerará
aplicada a 1.80 m por encima de la superficie de rodadura para el cálculo se
tomará la "Carga de Pista", esta fuerza se calcula con la siguiente fórmula.
0.05
68 /2
Donde:
P= peso del camión, que actúa a1.8 m (6 pies) sobre la capa de rodadura, de
manera que el brazo es de 6 pies + H.
H= altura de la cortina.
El brazo actuante será de 1.6+1.83=3.43m
0.05
11250 / 2 1.6
176 4.1.8.1.2 Cálculo de sismo
Según el criterio de la sección de puentes de la Dirección General de
Caminos, se debe utilizar entre un 8 y 12% del peso propio de la cortina. El brazo
de aplicación de la fuerza está situado en el centro de gravedad de la sección.
Figura 16. Esquema de cortina.
69 S=0.12W
S=0.12(0.30*1.6+0.85*0.40) =236.16 kg/m
Brazo= 0.80 m
4.1.8.1.3 Cálculo de la presión del suelo
480
1.60
0.61 /2
292.8 1.6
530.4 468.48 4.1.8.1.4 Cálculo del momento de diseño
468.5 0.80
530.4 0.53
176 3.43
374.78 281.11 603.68 236.16 0.80
188.93 1.3 374.78
281.11
Para Grupo III
1.3
603.68
1637.44 Para Grupo VII
1.3
1.3 374.78
281.11
188.93
1098.27 Se tomará el momento del Grupo III por ser el más crítico.
4.1.8.1.5 Área de refuerzo
Con los datos anteriores se obtiene el acero de refuerzo contra las fuerzas
determinadas, hallando el área de acero, con los siguientes datos.
b=100cm
d=25cm
fy= 2810 kg/cm2
f’c= 281 kg/cm2
Mu=1637.44 kg-m
70 As min=12.54 cm2
As= 2.35 cm2
Se tomará el acero mínimo
Asmax=61.68 cm2
El refuerzo será de [email protected] en ambas camas en sentido vertical, el
refuerzo secundario será utilizando acero por temperatura, Smax=0.30 m
4.1.8.2
Diseño de la viga de apoyo
Para contrarrestar el aplastamiento en la viga de apoyo se utiliza
neopreno. Una de las funciones de la plancha de neopreno es amortiguar el
efecto de las cargas de impacto, así como la de darle la suficiente libertad de
movimiento a las vigas.
El acero de refuerzo longitudinal es el mínimo y el refuerzo transversal es solo por
armado, que es el equivalente a colocar varillas No. 3 @ 0.30m.
4.1.8.2.1 Chequeo por aplastamiento
El área de aplastamiento se encuentra por medio de la siguiente fórmula:
/
^′ Donde:
Ap. = área de aplastamiento
P = carga última
= constante de corte
71 4.1.8.2.2 Cálculo de refuerzo longitudinal
En este caso se colocará el acero mínimo ya que la viga de apoyo esta
sobre el estribo por lo que no hay flexión.
14.1/
14.1/4200 40 85
11.58
11.58
2
Es equivalente a 6 No.5 y estribo No. 3 @ 0.30m
4.1.9 Diseño de estribo
Para el presente caso se realizó el diseño de los estribos como muros de
gravedad de concreto ciclópeo, teniendo la ventaja de que el diseño es mucho
más simple, pero se tiene también la desventaja de que los elementos se hacen
mucho mas masivos que los usados con otro tipo de muros.
72 Figura 17. Diagrama de presiones.
4.1.9.1
Cálculo del momento de volteo
El momento de volteo se determina a través de las fuerzas laterales
ejercida por el suelo sobre el estribo. El momento de volteo se determina de la
siguiente manera.
73 Tabla I. Momento de volteo
Sección
Presión
kg/m
Empuje
Altura
2
Distancia
Kg/m
Momento
x
Kg-m/m
m
I
292.8
7.8
2283.84
3.9
8906.976
II
2880
3.9
11232
2.6
29203.2
E= 13515.84
4.1.9.2
Mv= 38110.176
Cálculo del momento estabilizante
Tabla II. Momento estabilizante.
Momento
Peso
M
kg/m3
Kg/m
1
0.38
2400
912
0.5
456
2
2.25
2400
5400
1.87
10098
3
4.04
2400
9696
3.44
33354.24
4
5.65
2400
13560
2.43
32950.8
5
2.8
2400
6720
1.49
10012.8
6
4.04
1200
4848
3.89
18858.72
7
1.19
1200
1428
3.65
5212.2
8
0.3
2400
720
2.46
1771.2
9
0.63
2400
1512
2.75
4158
Sección
2
W=
74 Distancia
Peso Especifico
Área
44796
x
m
Kg-m/m
ME= 116871.96
4.1.9.3
Revisión del muro sin superestructura
Para verificar la estructura como un muro de gravedad, se utilizaran las fórmulas
de chequeo para muros de gravedad, las cuales se describen a continuación.
/
1.50
µ /
/ 1
/ 1
1.50 µ
6 / 6 / 0 En donde:
Mv=Momento de volteo
Me=Momento Estabilizante
W=Peso propio de la estructura
E=Empuje
A=Área de la base
E=Excentricidad
b=base
Revisión por Volteo
116871.96
38110.176
Revisión por deslizamiento
75 3.06
1.50 0.50
/2
/
µ /
44796 .5 /13515.84
1.65
1.50 Revisión por Presiones
/ 1
6 / 44796/4.34 1
6 4.34/2
116871.96
38110.176 /44796 /4.34 1
16197.40 2
/ 2
4445.91 25000
/ 2
/ 2 0 Con las condiciones que se plantean se toma el diseño como satisfactorio,
porque todas las condiciones han pasado satisfactoriamente.
4.1.9.4
Revisión del muro con superestructura y carga viva
El estribo se chequeará aplicando la carga muerta y la carga viva: estas
cargas son las utilizadas para calcular las vigas de apoyo.
100357 100357
/4.34
230497
/
El punto de aplicación de esta carga esta a 2.25 al centro de la viga de
apoyo.
76 Multiplicando el corte último por el brazo da como resultado el momento,
este momento se suma al momento estabilizante del muro.
168900.36
/ 1
/
6 / 67919.73/4.34 1
6 4.34/2
168900.35
38110.176 /46767919.73 /4.34 1
20936.17 2
/ 2
10363.23 25000
/ 2 / 2 Con estas consideraciones se da por satisfactorio el diseño del estribo, ya
que cumple con los chequeos de estabilidad con y sin la superestructura.
77 78 CONCLUSIONES
1. Los puentes han existido desde el principio de la humanidad desde el
momento en que el hombre ideo la forma para poder sortear obstáculos,
hasta ahora en que son una parte importante en la infraestructura de todo
país.
2. Los puentes han evolucionado a lo largo de la historia, tanto en su
tipología así como en los métodos constructivos empleados para la
realización de estos, además de esto los materiales con que son
construidos han evolucionado permitiendo construir puentes cada vez
más altos y largos.
3. El diseño y construcción de puentes es un renglón del área de la ingeniería
que abarca el manejo, estudio y control de diferentes ramas que la
componen, tales como, la topografía, hidráulica, hidrología, mecánica de
suelos, materiales de construcción, las cuales deben ser tomadas en
cuenta para la realización de un diseño satisfactorio.
4. Al utilizar otros códigos o recomendaciones originados en países con altas
sismicidades como la de Guatemala, se procede a clasificar zonas con
sismicidad que se supone son equivalentes a la nuestra. Esta suposición
no es necesariamente correcta, ya que existen variaciones como la
magnitud de los sismos, la distancia de falla que genera el sismo, las
condiciones del lugar así como la variabilidad de las fuentes sísmicas, que
no son las mismas para Guatemala. AGIES presenta un mapa de
Guatemala donde identifica las zonas de mayor y menor riesgo y las
79 aceleraciones máximas de suelo, lo cual da condiciones locales más
reales.
5. Se han podido determinar las áreas del diseño de puentes en las cuales se
necesita investigar para poder obtener expresiones que represente en la
forma más precisa las condiciones existentes en Guatemala.
6. El diseño y análisis de puentes en Guatemala se encuentra en una fase
aun investigativa, y es necesario que se profundice mas en este campo
para completar el código de diseño sísmico que involucra el cálculo de
estas estructuras.
7. Los factores de diseño que recomienda la norma ASSTHO es en parte
conservadora para el área de Guatemala, ya que castiga en gran medida
la carga viva y de impacto, en el cual se puede determinar factores más
adecuados para el tipo de condiciones con que cuenta el país.
80 RECOMENDACIONES
1. Tomar en cuenta las recomendaciones dadas por las normas ASSTHO,
para el análisis y diseño de puentes, siempre y cuando las normas AGIES
no lo considere.
2. Utilizar las normas AGIES, ya que limitan los análisis para una localidad
específica del país, lo cual da resultados más precisos, en consecuencia
el diseño será mucho mejor que si se utilizaran normas extranjeras.
3. Realizar los estudios necesarios para poder determinar, los factores de
carga necesarios para el diseño de elementos que integran un puente, que
se acoplen a las condiciones del suelo existente en Guatemala.
81 82 BIBLIOGRAFÍA
1. Normas de la Association of State Highway and Transportation Official
(AASHTO), Especificaciones utilizando la metodología del Diseño por
Factores de Carga y Resistencia (LRFD), Edición 2004.
2. Ministerio de Comunicaciones Infraestructura y Vivienda. Especificaciones
generales para construcción de carreteras y puente, Guatemala: edición
2002.
3. Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica. Bases
generales de diseño y construcción. (Colección NR-1) Guatemala: s.e.,
2002. 7pp.
4. Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica. Demandas
estructurales, condiciones de sitio y niveles de protección. (Colección
NR-2) Guatemala: s.e., 2002. 33pp.
5. Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica. Diseño
estructural de edificaciones. (Colección NR-3) Guatemala: s.e., 2002.
70pp.
6. Asociación Guatemalteca de Ingeniería Estructural y Sísmica. Requisitos
para diseño de obras de infraestructura y obras especiales. (Colección
NR-5) Guatemala: s.e., 2002. 94pp.
83 7. Normas de la American Concrete Institute (ACI), Especificaciones para el
diseño de elementos de concreto estructural, Edición 2002.
84 APÉNDICE
85 86 88 90 92